可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級(jí)增力手動(dòng)液壓千斤頂

付春梅

(常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164)

可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級(jí)增力手動(dòng)液壓千斤頂

付春梅

(常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164)

摘要：介紹了一種新型的可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級(jí)増力手動(dòng)液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?，給出了其輸出力計(jì)算公式并做了力學(xué)計(jì)算舉例。該新型千斤頂空載時(shí)速度大，負(fù)載時(shí)輸出力大，與傳統(tǒng)手動(dòng)液壓千斤頂相比，增力效果明顯，工作效率顯著提高；筆者之前曾設(shè)計(jì)的杠桿-鉸桿二級(jí)增力手動(dòng)液壓千斤頂中含有5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，該新型可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級(jí)増力手動(dòng)液壓千斤頂增力效果更加明顯，而且只用3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件即可，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵詞：手動(dòng)液壓千斤頂；杠桿；肘桿；増力機(jī)構(gòu)；壓力；流量

手動(dòng)液壓千斤頂是涉及各行各業(yè)的通用工具，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、鐵路、建筑、汽車(chē)維修和起重運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)領(lǐng)域[1-2]。使用杠桿手柄，將密封在液壓缸中的液體作為介質(zhì)，通過(guò)把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從而將重物向上頂起。

目前工廠里常用的傳統(tǒng)手動(dòng)液壓千斤頂如圖1所示，其存在的技術(shù)問(wèn)題主要是：空行程和負(fù)載行程的速度基本相同，不能區(qū)分空載和負(fù)載。而且傳統(tǒng)液壓千斤頂空載趨近所需頂舉重物的時(shí)間通常大于頂舉時(shí)間，工作效率低下，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，導(dǎo)致應(yīng)用范圍狹窄[3]。因此，傳統(tǒng)手動(dòng)液壓千斤頂存在著速度與力量相對(duì)立的矛盾。為了解決這一矛盾，筆者之前曾設(shè)計(jì)了如圖2所示的杠桿-鉸桿二級(jí)增力手動(dòng)液壓千斤頂[4]，該液壓千斤頂雖然具有空載時(shí)速度大，負(fù)載時(shí)輸出力大的優(yōu)點(diǎn)，但是卻增加了鉸桿與連桿的數(shù)量，包括活塞桿在內(nèi)共含有5個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，造成千斤頂?shù)目傮w結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝性差?；诖?，本文設(shè)計(jì)了一種利用杠桿-肘桿二級(jí)增力機(jī)構(gòu)的可變壓力與流量的新型手動(dòng)液壓千斤頂，這種新型手動(dòng)液壓千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)構(gòu)件與圖1所示的傳統(tǒng)手動(dòng)液壓千斤頂一樣，只有3個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。

圖1　傳統(tǒng)的手動(dòng)液壓千斤頂

圖2　杠桿-鉸桿二級(jí)増力手動(dòng)液壓千斤頂

1工作原理

本文設(shè)計(jì)的新型手動(dòng)液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟砣鐖D3所示。從圖3可以看出，杠桿手柄、肘桿、小活塞、小缸體、單向閥1和單向閥2組成了手動(dòng)液壓泵；大活塞和大缸體組成了舉升缸；活塞和缸體之間保持良好配合，實(shí)現(xiàn)可靠的密封。

圖3　可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級(jí)增力　手動(dòng)液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D

如圖3a所示位置，當(dāng)向下壓動(dòng)杠桿手柄，使鉸接在其上的肘桿拖動(dòng)小活塞向右移動(dòng)，小缸體內(nèi)活塞左腔密封容積增大形成局部真空時(shí)，單向閥2打開(kāi)，油箱中的油在大氣壓力的作用下通過(guò)吸油管進(jìn)入小缸體的活塞左腔，完成一次吸油動(dòng)作，此時(shí)機(jī)構(gòu)位置如圖3b所示。當(dāng)用力向上抬杠桿手柄時(shí)，鉸接在其上的肘桿推動(dòng)小活塞向左移動(dòng)，其左腔密封容積減小，油壓升高，單向閥2關(guān)閉，單向閥1打開(kāi)，油液進(jìn)入大缸體下腔，驅(qū)動(dòng)大活塞使重物上升一段距離，完成一次壓油動(dòng)作。反復(fù)地抬、壓杠桿手柄就能使油液不斷地被壓入大缸體，使重物不斷升高，達(dá)到起重的目的。如將放油閥旋轉(zhuǎn)90°(在實(shí)物上放油閥旋轉(zhuǎn)角度是可以改變的)，大活塞可以在自重和外力的作用下實(shí)現(xiàn)回程。

在完成壓油動(dòng)作使杠桿與肘桿接近水平共線(xiàn)的瞬間，繼續(xù)向上抬杠桿手柄，肘桿拖動(dòng)小活塞向右移動(dòng)，又完成一次吸油動(dòng)作，此時(shí)機(jī)構(gòu)處于圖3b所示的另一個(gè)極限位置。當(dāng)繼續(xù)向下用力壓動(dòng)杠桿手柄時(shí)，肘桿推動(dòng)小活塞向左移動(dòng)，又完成一次壓油動(dòng)作。

圖3所示機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)角φ與壓力角α較大時(shí)是一個(gè)行程放大機(jī)構(gòu)，φ與α較小時(shí)是一個(gè)力放大機(jī)構(gòu)。利用這一特點(diǎn)，當(dāng)千斤頂空載時(shí)，人手操縱杠桿使其擺動(dòng)幅度較大，則φ與α的變化范圍較大，這時(shí)手動(dòng)液壓泵是低壓大流量泵，所以大活塞的運(yùn)動(dòng)速度變快；大活塞上部接觸到重物時(shí)人手能夠感知到，此時(shí)可操縱杠桿使其擺動(dòng)幅度減小，即φ與α的變化范圍較小，將手動(dòng)液壓泵自動(dòng)轉(zhuǎn)換為高壓小流量泵，因而大活塞的運(yùn)動(dòng)速度變慢，輸出力相應(yīng)提高。

2力學(xué)計(jì)算

通過(guò)建立力學(xué)模型可得如圖3所示新型手動(dòng)液壓千斤頂?shù)膶?shí)際推力Fo3的計(jì)算公式為：

(1)

3計(jì)算舉例

從式1可以看出，在該新型手動(dòng)液壓千斤頂中，液體作用在大缸體大活塞上推力的大小取決于壓力角α和傳動(dòng)角φ的變化范圍。α與φ變化范圍大，則推力小，速度快；α與φ變化范圍小，則推力大，速度慢。例如，取D=100mm，d=20mm，l1=500mm，l2=100mm，F(xiàn)i=200N，αmin=7°，φmin=10°，l肘桿=200mm，r=10mm，可計(jì)算得出大活塞上的推出力Fo3≈68.7kN。

當(dāng)大活塞接近所需頂舉的重物時(shí)，若傳統(tǒng)的手動(dòng)液壓千斤頂和杠桿-鉸桿二級(jí)增力手動(dòng)液壓千斤頂中D、d、l1、l2取相同參數(shù)，則可參照文獻(xiàn)[4]得出推力分別是：Fo1=20.6kN，F(xiàn)o2≈44.2kN。

經(jīng)上述比較可以看出，利用機(jī)械增力機(jī)構(gòu)與液壓傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合[6-7]的可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級(jí)増力手動(dòng)液壓千斤頂可獲得較之圖1所示傳統(tǒng)手動(dòng)液壓千斤頂3倍多的推力，較之圖2所示杠桿-鉸桿二級(jí)增力手動(dòng)液壓千斤頂1.5倍多的推力，增力效果明顯。

4結(jié)語(yǔ)

本文所提出的利用機(jī)械增力機(jī)構(gòu)與液壓傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合的可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級(jí)増力手動(dòng)液壓千斤頂解決了傳統(tǒng)液壓千斤頂中存在的速度與力量相對(duì)立的矛盾，能夠做到空載時(shí)速度大，負(fù)載時(shí)輸出力大。與傳統(tǒng)手動(dòng)液壓千斤頂相比，工作效率明顯提高；與之前設(shè)計(jì)的杠桿-鉸桿二級(jí)增力手動(dòng)液壓千斤頂相比，液壓泵部分的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件由5個(gè)減少到3個(gè)，結(jié)構(gòu)明顯簡(jiǎn)化，并可起到更好的增力效果，在工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡愛(ài)武. 基于力與速度協(xié)調(diào)的新型手動(dòng)機(jī)具的研發(fā)[D]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2007.

[2] 胡愛(ài)武，王艾倫，胡真華. 手動(dòng)機(jī)具力量與速度統(tǒng)一的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2006(2)：21-22，26.

[3] 傅志紅，胡愛(ài)武，胡宣哲.多速手動(dòng)液壓千斤頂?shù)乃俣确治鯷J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2008(11)：67-69.

[4] 付春梅，鐘康民.杠桿-鉸桿二級(jí)增力手動(dòng)液壓千斤頂[J].液壓與氣動(dòng)，2012(10)：102-104.

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[6] 張明哲，王兵，鐘康民. 手動(dòng)杠桿式雙作用雙級(jí)柱塞泵[J]. 機(jī)床與液壓，2006(2)：133-134.

[7] 付春梅. 氣動(dòng)肌腱驅(qū)動(dòng)的杠桿-鉸桿式二次增力機(jī)構(gòu)[J]. 液壓與氣動(dòng)，2005(1)：36-37.

責(zé)任編輯鄭練

Variable Pressure and Flow Manual Hydraulic Jack with Two-step Force Amplifier Usin Lever-toggle

FU Chunmei

(Changzhou Institute of Light Industry Technology, Changzhou 213164, China)

Abstract:The working principle of a new type of variable pressure and flow manual hydraulic jack with two-step force amplifier using lever-toggle was introduced, the output force calculating formula was given and the mechanical calculation example was made．The new jack has advantages of high speed in the situation without load and great power in the situation with large load. Compared with traditional manual hydraulic jack，force amplifier effect is obvious and work efficiency is improved significantly. The previously designed manual hydraulic jack with two-step force amplifier using lever-toggle contains five active components and the force amplifier effects of the new type of variable pressure and flow manual hydraulic jack with two-step force amplifier using lever-toggle were more obvious. It contains only three active components. The structure of the new pump is very simple.

Key words:manual hydraulic jack, lever, toggle, force amplifier, pressure, flow

收稿日期：2014-06-18

作者簡(jiǎn)介：付春梅(1980-)，女，碩士研究生，講師，主要從事機(jī)電液一體化技術(shù)等方面的研究。

中圖分類(lèi)號(hào)：TH 137

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B