液壓卡爪裝置的設(shè)計與改進

蘇 欣，張燕紅

（山東華宇工學(xué)院，山東德州 253034）

0 引言

高鐵橋梁支座夾裝系統(tǒng)斜面增力卡爪提供了一種楔塊式自鎖液壓卡爪裝置，巧用斜燕尾結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，充分利用斜燕尾導(dǎo)軌的斜度角小于摩擦角，使工件的夾緊力不會通過斜燕尾導(dǎo)軌傳輸至油缸活塞。即使有外界因素影響系統(tǒng)斷電或者油缸泄壓，工件的夾緊力也不會因此撤去，從而保證了加工時工作人員的安全。并且通過蝸輪蝸桿實現(xiàn)伸縮塊的調(diào)節(jié)，保證工作的穩(wěn)定性。液壓卡爪夾取工件采用液壓油缸，操作安全而且大大節(jié)省了勞動力。此外，卡爪機構(gòu)能夠根據(jù)夾取工件的形狀、體積進行調(diào)節(jié)，應(yīng)用能力強，保障液壓卡爪在各種工況下都能順利應(yīng)用，充分發(fā)揮優(yōu)勢。此機械夾持技術(shù)極大程度上解決了使用不便的問題，大大提高了安全性，保證了機械夾持的技術(shù)效果，能夠提供足夠穩(wěn)定的夾緊力，結(jié)構(gòu)緊湊、夾緊和松開操作方便、動作迅速，具有結(jié)構(gòu)簡單、便于維護、穩(wěn)定性、可靠性好的特點。

1 背景

當(dāng)今社會，高鐵已經(jīng)成為我國國民首選的一種出行工具。但在高鐵迅速發(fā)展的同時，也對高鐵橋梁支座提出了更高的要求。由于軌道不平、輪軌蛇形等內(nèi)部激勵，列車在高速鐵路橋梁上運行時，車橋系統(tǒng)會發(fā)生振動，橋梁結(jié)構(gòu)上部的振動會通過橋梁支座傳遞到橋墩，再由橋墩傳遞到周圍的環(huán)境當(dāng)中，對周圍的環(huán)境以及建筑物等產(chǎn)生較大影響。因此，橋墩的穩(wěn)定性變得非常重要，橋墩基礎(chǔ)要更夯實、沉降更少。

2 液壓卡爪裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

高鐵橋梁支座夾裝裝置如圖1 所示，由固定板（固定裝置機構(gòu)）、蝸桿（連接固定板及帶動蝸輪轉(zhuǎn)動）、旋轉(zhuǎn)軸（連接支撐板）、齒輪（固接在旋轉(zhuǎn)軸上）、動力軸（固接有第一壓緊塊、第二壓緊塊和第三壓緊塊）、第一壓緊塊（壓緊工件）、第二壓緊塊（壓緊工件）、第三壓緊塊（壓緊工件）、鎖緊柱（設(shè)置有與第二壓緊塊相配合的第二受壓塊，設(shè)置有與第三壓緊塊相配合的第三受壓塊）、支撐板（置有與凸起相配合的凹槽）、油缸（儲油、提供動力）、活塞（拉動増力楔塊）、斜燕尾導(dǎo)軌（連接有與活塞固接的増力楔塊）、増力楔塊（通過斜燕尾導(dǎo)軌拉動伸縮塊）、伸縮塊（夾緊待加工工件）。

圖1 高鐵橋梁支座裝夾裝置結(jié)構(gòu)示意

卡緊結(jié)構(gòu)包括設(shè)置的上壓蓋內(nèi)的斜燕尾導(dǎo)軌，斜燕尾導(dǎo)軌上的滑動連接有與活塞固接的増力楔塊，在上壓蓋上滑動連接有與增力楔塊相配合的伸縮塊。

3 液壓卡爪裝置優(yōu)勢

3.1 原理

當(dāng)油缸有活塞桿腔充油時，活塞拉動増力楔塊向后運動，増力楔塊通過斜燕尾導(dǎo)軌拉動伸縮塊退回；當(dāng)油缸無活塞桿腔充油時，活塞推動増力楔塊向前運動，増力楔塊會通過斜燕尾導(dǎo)軌推動伸縮塊伸出；伸縮塊伸出時夾緊待加工工件，夾緊力通過伸縮塊傳遞至斜燕尾導(dǎo)軌，由于斜燕尾導(dǎo)軌斜度角小于摩擦角，工件夾緊力不會通過斜燕尾導(dǎo)軌傳遞至油缸活塞，從而形成自鎖，并且蝸桿能夠帶動蝸輪、齒條、縮塊對行程進行調(diào)節(jié)，保證對不同長度工件的夾持力，提高工作時的平穩(wěn)性。即使因為外界因素導(dǎo)致系統(tǒng)斷電或者油缸泄壓，工件的夾緊力也不會喪失，使工件被松開，提高了工作安全性。

工作流程如圖2 所示：先將工件固定于固定板上，并裝夾固定板于加工工作臺；該裝置通過油箱充油提供動力，進行夾緊工件；然后外部加工裝置對工件進行加工；工件加工結(jié)束后，油箱再次進行卸荷工作，松開工件，工作結(jié)束。

圖2 高鐵橋梁支座裝夾裝置工作流程

3.2 優(yōu)勢

液壓卡爪主體內(nèi)部置有楔形塊和滑塊的組合，利用液壓缸活塞桿的運動帶動楔形塊上下移動，從而帶動滑塊進行橫向運動，實現(xiàn)伸縮塊的移動，傳動效果好、工作效率高。卡爪主體上有驅(qū)動滑塊移動的液壓缸，液壓缸內(nèi)驅(qū)動件為楔形塊，楔形塊上開設(shè)有滑槽。液壓卡爪夾取工件采用液壓油缸實現(xiàn)，能夠根據(jù)夾取工件的形狀、體積進行調(diào)節(jié)，應(yīng)用能力強，保障了液壓卡爪在各種工況下都能順利應(yīng)用，充分發(fā)揮優(yōu)勢。另外，通過蝸輪蝸桿能夠?qū)崿F(xiàn)伸縮塊的調(diào)節(jié)，保證工作的穩(wěn)定性。此機械夾持技術(shù)極大程度上解決了同類夾裝裝置使用不便的問題，大大提高了安全性，能夠提供足夠穩(wěn)定的夾緊力，進一步保證了機械夾持的技術(shù)效果，結(jié)構(gòu)緊湊、夾緊和松開操作方便、動作迅速。

3.3 性能測試

將該裝置的實物模型（圖3）完成后，對液壓卡爪模型進行了一系列實際性能測試。通過對測試結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析，該裝置可以高效的完成產(chǎn)品的設(shè)計要求。該裝置能夠有效的實現(xiàn)伸縮塊的移動，傳動效果好、安全性能高，可以有效的完成對被加工工件的固定，可以通過自身調(diào)整完成對不同大小工件的緊密固定，高效滿足產(chǎn)品加工時對固定裝置的需求。通過對裝置的極限性能進行測試，該裝置優(yōu)越性，擁有極強的自鎖結(jié)構(gòu)，即使在極限使用的過程中發(fā)生損壞，也不會發(fā)生對工人的安全產(chǎn)生危害，可以有效的保證人員安全。

圖3 高鐵橋梁支座裝夾裝置

3.4 與現(xiàn)有系統(tǒng)對比

現(xiàn)有的同類夾緊固定類產(chǎn)品多數(shù)存在加緊可靠性不高、安全性能無保障、工作模式單一等問題。在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行改進和優(yōu)化，最終研究設(shè)計出該裝置。通過和國內(nèi)外該類型產(chǎn)品現(xiàn)有系統(tǒng)的對比分析，該產(chǎn)品不僅在加緊可靠性中得到保障加強，在安全性能上更是加入了自鎖結(jié)構(gòu)，大大提高了該裝置的安全性。

本裝置與同類產(chǎn)品相比有以下優(yōu)勢：①夾持的精度高，使用的壽命長，液壓卡爪采用全封閉式結(jié)構(gòu)；②夾持力大，夾持范圍廣。液壓卡爪改善了傳統(tǒng)液壓卡爪夾持力小、力量不穩(wěn)定的缺點，夾持力大小可調(diào)節(jié)，穩(wěn)定可靠；③結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，安裝方便。采用楔塊増力式自鎖液壓卡爪裝置，解決了使用不便的問題，保證了機械夾持的技術(shù)效果。

4 液壓卡爪裝置應(yīng)用

液壓卡爪裝置在國外已被大量采用，主要應(yīng)用范圍是加工中心。同時，在高精度數(shù)控機床、普通機床的采用數(shù)量也在不斷增加。本設(shè)計采用楔塊増力式自鎖液壓卡爪裝置，解決了使用不便的問題，提高了安全性，能進一步保證機械夾持的技術(shù)效果，可被大范圍推廣應(yīng)用。

本裝置可應(yīng)用于高鐵橋梁支座。由于軌道不平、輪軌蛇形等內(nèi)部激勵，列車在高速鐵路橋梁上運行時，車橋系統(tǒng)會發(fā)生振動，橋梁結(jié)構(gòu)上部的振動會通過橋梁支座傳遞到橋墩，再由橋墩傳遞到周圍的環(huán)境當(dāng)中，對周圍的環(huán)境以及建筑物等產(chǎn)生較大影響。本裝置可有效解決以上問題，對不同長度工件的夾持力較好，可以保證工作時的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

設(shè)計楔塊増力式自鎖液壓卡爪裝置，極大程度上解決了現(xiàn)有同類產(chǎn)品使用不便的問題，大大提高了安全性，進一步保證了機械夾持的技術(shù)效果。設(shè)計的斜面增力卡爪具有結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，穩(wěn)定性、可靠性好的特點。該卡爪能夠提供足夠穩(wěn)定的夾緊力，夾緊和松開操作方便，動作迅速，具有良好的經(jīng)濟效益。