手動(dòng)快速便攜式超高壓液壓千斤頂研制

黃長(zhǎng)征，張文新

(1.韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān) 512005; 2.韶關(guān)市賽力樂(lè)液壓件制造有限公司，廣東韶關(guān) 512005)

手動(dòng)快速便攜式超高壓液壓千斤頂研制

黃長(zhǎng)征1，張文新2

(1.韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān) 512005; 2.韶關(guān)市賽力樂(lè)液壓件制造有限公司，廣東韶關(guān) 512005)

便攜式液壓千斤頂廣泛應(yīng)用于抗震救災(zāi)、消防救援、起重推移等領(lǐng)域，但體積大，單件部件重，攜帶不便，活塞動(dòng)作速度慢，系統(tǒng)壓力小。采用階梯活塞式手動(dòng)泵和帶充液閥的雙速液壓缸分體式結(jié)構(gòu)改進(jìn)液壓千斤頂，研究了千斤頂最大負(fù)載、柱塞上升速度的計(jì)算方法。工程實(shí)踐表明:該產(chǎn)品攜帶方便，升降快速，單件部件質(zhì)量小于25 kg、最高系統(tǒng)壓力63 MPa，最大負(fù)載12×104N，千斤頂上升速度637 mm/min。

液壓千斤頂;雙速液壓缸;手動(dòng)泵;超高壓

在抗震救災(zāi)、消防救援、起重推移等領(lǐng)域中需要使用便攜式液壓千斤頂起重、推移、支撐重物;地下礦山、工程施工需要千斤頂將重物頂起或支撐，以便于救援或安全生產(chǎn)。但是，目前的便攜式液壓千斤頂一般采用液壓缸、液壓閥和手動(dòng)泵一體化結(jié)構(gòu):體積大，在空間狹窄處，操作不便;質(zhì)量大，攜帶不便;液壓系統(tǒng)壓力低，支撐力不夠;空載和加載過(guò)程活塞桿移動(dòng)速度相同，操縱效率不高;即使極少數(shù)采用液壓缸和泵閥分體式結(jié)構(gòu)，但因液壓系統(tǒng)壓力低，同等載荷下液壓缸體積大、質(zhì)量大，液壓缸單體質(zhì)量都在75 kg以上，而導(dǎo)致攜帶不便。目前的礦山、工程施工用的液壓千斤頂都配有專門的液壓系統(tǒng)，體積大、質(zhì)量大，攜帶不便［1－5］。所有這些都將導(dǎo)致降低搶險(xiǎn)救災(zāi)效率、安全生產(chǎn)效率，造成不必要的生命財(cái)產(chǎn)損失。因此，下面介紹一種手動(dòng)快速便攜式多功能超高壓大載荷的千斤頂。

1 工作原理及特點(diǎn)

常用便攜式液壓千斤頂大多采用液壓缸、液壓閥和手動(dòng)泵一體化結(jié)構(gòu)，如圖1所示。一體化結(jié)構(gòu)使整個(gè)設(shè)備質(zhì)量過(guò)大，攜帶不便。手動(dòng)泵大多采用單活塞結(jié)構(gòu)，如圖1中右半部分所示［4］;這種手動(dòng)泵空載和加載過(guò)程活塞桿移動(dòng)速度相同，操縱效率不高。有的手動(dòng)泵采用階梯式活塞、雙活塞結(jié)構(gòu)或雙作用雙級(jí)柱塞泵。這些泵的速度均有兩級(jí)，即無(wú)負(fù)載時(shí)快進(jìn)、負(fù)載時(shí)慢進(jìn)［6］。

圖1 傳統(tǒng)的液壓千斤頂原理圖

液壓缸執(zhí)行件部分一般為單作用柱塞缸、雙作用液壓缸，速度只有一級(jí);極少數(shù)采用帶充液閥的雙速液壓缸，如圖2所示。在國(guó)外，日本理研精機(jī)株式會(huì)社研制的手動(dòng)油泵采用的是階梯活塞式手動(dòng)泵，執(zhí)行液壓缸是單作用液壓缸，采用手動(dòng)泵和執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化結(jié)構(gòu)，最高壓力70 MPa，速度兩級(jí)，質(zhì)量56 kg，體積很?。?］。目前沒(méi)有一種將雙速手動(dòng)泵和雙速液壓缸組合在一起的液壓千斤頂。作者設(shè)計(jì)一種基于階梯活塞式手動(dòng)泵和帶充液閥的雙速液壓缸的手動(dòng)快速便攜式超高壓千斤頂。其工作原理如圖3所示:溢流閥11調(diào)定壓力63 MPa，溢流閥17調(diào)定壓力1 MPa;空行程無(wú)負(fù)載時(shí)，抬起壓桿20，帶動(dòng)小活塞18和大活塞19向上移動(dòng)，兩活塞下的工作油腔容積擴(kuò)大，形成真空，在大氣壓作用下油箱10內(nèi)流體經(jīng)濾油器14推開單向閥13和15分別流入小活塞18和大活塞19下的工作油腔;壓下壓桿20時(shí)，單向閥13和15關(guān)閉，小活塞18和大活塞19下的工作油腔內(nèi)的壓力油分別經(jīng)單向閥12和16一起流入小柱塞2的中心孔，最后流入小柱塞2上方的工作油腔A，因大活塞19的截面積和工作油腔A的截面積差不多，所以大柱塞快速上升;同時(shí)，大柱塞3的下部與工作油腔B的工作容積擴(kuò)大，形成真空，油箱9內(nèi)流體經(jīng)濾油器9推開單向閥8流入大柱塞3下的空腔。

圖2 高效千斤頂原理圖

圖3 手動(dòng)快速便攜式超高壓千斤頂原理圖

繼續(xù)壓抬壓桿，柱塞繼續(xù)上升，當(dāng)柱塞上升觸到負(fù)載時(shí)，工作油腔A和B的油壓升高;當(dāng)該油壓升高到1 MPa時(shí)，低壓溢流閥17溢流，這時(shí)壓抬壓桿20時(shí)，從油箱吸入的油液經(jīng)濾油器14和單向閥15，最終經(jīng)溢流閥17溢出，不再流入柱塞缸;這時(shí)唯有小活塞18工作起作用，從油箱吸入的經(jīng)濾油器14和單向閥13的油液加壓后，推開單向閥12，最終流入柱塞缸;因柱塞缸的柱塞截面積相對(duì)小活塞18的截面積大很多，所以壓桿壓出的壓力油最高可達(dá)63 MPa。這樣就實(shí)現(xiàn)了空載空行程時(shí)千斤頂柱塞快速上升，而負(fù)載時(shí)千斤頂柱塞慢速上升，且壓力很大、負(fù)載很大。

當(dāng)需要停止上升時(shí)，立即停止抬壓壓桿20，柱塞缸中的油液壓力使單向閥8、12、16自行關(guān)閉，柱塞立即自鎖不動(dòng)。若要柱塞返回時(shí)時(shí)，打開截止閥7，在重力作用下，柱塞缸中的油液流回油箱，柱塞復(fù)位。

該千斤頂?shù)奶卣魇?(1)采用分體式結(jié)構(gòu)，將手動(dòng)泵和液壓缸執(zhí)行件兩個(gè)主要部件分開，采用輕量化技術(shù)使手動(dòng)泵和液壓缸兩個(gè)部件的單體質(zhì)量降低到25 kg以下，便于攜帶;(2)采用階梯活塞式手動(dòng)泵、帶充液閥的雙速液壓缸及其液控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空載時(shí)活塞桿快速移動(dòng)而負(fù)載時(shí)活塞桿慢速移動(dòng)、系統(tǒng)壓力最高63 MPa、最大推力12×104N，比傳統(tǒng)千斤頂?shù)纳敌矢?0倍左右;(3)組裝式頂板與活塞桿球頭連接，方便支撐;支撐高度可調(diào);(4)液壓執(zhí)行缸安全鎖定、卸荷，載荷非正常下降時(shí)進(jìn)行預(yù)警; (5)一個(gè)手動(dòng)泵可為多個(gè)千斤頂提供壓力油。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 千斤頂最大負(fù)載計(jì)算

根據(jù)杠桿原理，有

式中:l0為壓桿總長(zhǎng);

l1為壓桿與活塞桿鉸接點(diǎn)到壓桿與支架鉸接點(diǎn)的距離;

F0為壓桿尾端手動(dòng)壓下的力;

F1為手動(dòng)泵活塞桿受到的壓下力;

k為壓下力放大倍數(shù)，k=l0/l1。

根據(jù)帕斯卡原理，有

式中:d2為小活塞直徑;

D2為大柱塞直徑;

p為工作腔中液壓壓力［1］。

2.2 柱塞上升速度計(jì)算

根據(jù)質(zhì)量守恒定律

忽略液體的可壓縮性時(shí)，ρ1=ρ2，則

式中:d1為大活塞直徑;

d0為手動(dòng)泵活塞桿直徑;

D1為小柱塞直徑;

h為大、小活塞移動(dòng)距離，即壓桿單次壓下距離;

H1為小柱塞單次移動(dòng)距離;

H2為大柱塞單次移動(dòng)距離。

大柱塞上升速度為

式中:t為大柱塞上升時(shí)間［7－10］。

3 工程實(shí)例

某手動(dòng)快速便攜式超高壓千斤頂計(jì)算實(shí)例如表1所示。

表1 手動(dòng)快速便攜式超高壓千斤頂計(jì)算計(jì)算實(shí)例

4 結(jié)束語(yǔ)

工程應(yīng)用表明:該手動(dòng)快速便攜式超高壓千斤頂設(shè)計(jì)合理，計(jì)算方法正確，已生產(chǎn)試用。產(chǎn)品輕便，快速，系統(tǒng)壓力高，負(fù)載大。

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Study on the Quick Portable Ultrahigh Pressure Manual Hydraulic Jack

HUANG Changzheng1，ZHNAG Wenxin2
(1.School of Physics and Mechanical＆Electrical Engineering，Shaoguan University，Shaoguan Guangdong 512005，China; 2.Shaoguan Salile Hydraulic Element Manufacturing Co.，Ltd.，Shaoguan Guangdong 512005，China)

The original portable hydraulic jack is often applied in earthquake relief work，rescue，hoisting and push，but its volume and single unit weight are big，its support force is not enough，its work efficiency is low，and it is not portable.An ultrahigh pressure manual hydrauliac jack based on ladder piston hand pump and hydraulic double speed cylinder with prefill valve was put forwarded.And the calculation methods for the maximun jack's load and plunger speed were studied.The practical application shows that its single unit weight is less than 25 kg，its pressure is 63 MPa，its support force is 12×104N，its plunger speed is 637 mm/min，and it is portable.

Hydraulic jack;Double speed cylinder;Manual jack;Ultrahigh press

TH137.5

B

1001－3881(2014)8－081－3

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.027

2013－05－03

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目 (2012A090300011);韶關(guān)市科技計(jì)劃項(xiàng)目 (2011GXH/G09)

黃長(zhǎng)征 (1970—)，男，博士，副教授，從事機(jī)電液集成控制理論與技術(shù)應(yīng)用研究。E－mail:hczchn@163.com。