2.9 铝锭堆垛机械手液压系统
2.9.1 主机功能结构
铝锭的搬运和堆垛是电解铝行业中不可缺少的一种作业方式，与传统作业方式比较，采用堆垛机械手进行铝锭的堆垛作业，具有占地面积小、作业范围大、堆垛效率高和便于操作的特点。机械手可将图2-20所示的铝锭堆垛为11层，第一层为4块，其余各层为5块（相邻两层交错90°放置），第一层4块宽面朝上放置，其余各层中的相邻两块铝锭均按正反向方位放置。
图2-20 铝锭外形尺寸
机械手的运动系统如图2-21所示，它具有夹持、上举、放下、伸缩、摆动及翻转定向的操作机能。其中夹持和翻转动作由手部来实现。由于铝锭机械手是在高温、多粉尘、湿度大的环境下工作，故本机械手采用液压作为驱动系统。机械手的控制系统总体设计结构如图2-22所示，它是一种典型的多轴实时运动控制系统，用于支配执行机构，按所需的顺序，沿规定的轨迹或位置运动，其硬件包括主机、PLC及相应的电路等。
图2-21 机械手运动系统
图2-22 控制系统总体结构
机械手的动作过程及各动作的元件配置如图2-23所示。
图2-23 机械手动作流程
2.9.2 液压系统原理
图2-24所示为机械手液压系统原理。系统共有6个执行元件，其中手臂回转缸、手指夹紧缸、手腕回转缸和定位缸的运动方向分别采用电磁换向阀13、15、16和18进行控制，而手臂升降缸和手臂伸缩缸分别采用电液伺服阀8和11进行控制。为了保证系统的多缸工作互不干扰，实现同步和非同步运动，各执行元件的换向阀和伺服比例阀均采用O型中位机能。为便于机械手的自动化，采用PLC对液压系统进行控制。各执行机构的动作由电控系统发信号控制相应的换向阀和伺服阀，按顺序依次步进动作。
图2-24 铝锭堆垛机械手液压系统原理
1—大流量泵；2—小流量泵；3，15—二位四通电磁换向阀；4，5—蓄能器；6，21—单向阀；7，10，14，17—二位二通电磁换向阀（M型机能）；8，11—电液伺服阀；13，16—三位四通电磁换向阀；9，12—单向溢流阀；18—二位三通电磁换向阀；19—减压阀；20—压力继电器；22—液控单向阀
所以本系统采用双联泵组合供油方案，需要大流量的手臂升降动作和手臂回转动作由双泵1、2同时为其供油，在需要小流量的其他动作时，则由小泵2单独供油，而大泵1经二位四通电磁换向阀3进行低压卸荷。
由于各液压缸所需的流量相差较大，为了保证液压系统运行的平稳性，各个液压缸都要选择调速。本机械手采用节流阀与蓄能器共同作用进行速度调节，由于蓄能器具有稳压作用，可保证系统压力稳定，节流阀能控制流量，两个元件共同作用，各液压缸的运动的平稳性就能得到保证。
考虑到铝锭堆垛时机械手在升降高度和伸缩长度上的精度要求较高，故采用电液伺服阀对机身升降缸和手臂伸缩缸进行控制。
液压系统利用蓄能器活塞位置的变化来控制霍尔接近开关的导通与关闭，从而控制卸荷换向阀的动作，实现对液压系统的控制。
液压缸活塞开始运行时，回油直接通入油箱。而当缸内活塞运行到接近缸端部的时候，设置在缸上的位置检测装置发信，使二位二通电磁换向阀7、10、14和17通电切换至右位，使液压缸回油经过节流阀再流回油箱，从而起到一定的缓冲作用。
2.9.3 液压系统特点
①堆垛机械手采用液压传动与PLC控制，作业空间大，占地面积小，各运动关节相互独立，易于控制。
②液压系统采用高低压双泵组合供油方式，以满足机械手在不同工况对流量的不同需求，能量利用合理。
③根据各执行机构位置控制精度要求的不同，分别采用电液伺服控制和电磁开关控制；通过节流阀与蓄能器共同作用进行调速。
④通过液压缸回油路上节流阀与二位二通换向阀的并联及其通断，实现执行机构的缓冲。
⑤对末端执行件（手部）的形状及控制方式稍作改进，此种机械手还应用于冶金及有色冶炼、建材、粮食、机械制造等行业中的物料搬运与堆垛作业。