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可变压力与流量的杠杆一 连杆二级增力手动液压泵 水 口 春梅 常州轻工职业技术学院江苏常州2 1 3 1 6 4 摘要 描述 了可以改变流量和压力的手动液压泵 的工作原理 ， 该手动 泵利 用杠杆一 连杆二级增 力机 构 ， 不仅在 空行 程的 时候供给低压大流量液体 ， 还可以在工作行程 阶段 中， 供给 高压力的小流量液体。该泵的排量和输 出压 力与传统的 手动液压泵相 比较 ， 结构 简单 ， 工作 效率显著提 高。 关键词 手动液压泵杠杆连杆增力机构 高压小流量 中图分类号 T H1 2 2 ； T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 0 1 5 0 6 0 0 3 2 0 3 -T - 动 液 压 泵 是 一 种 使 用 起 来 极 为 简 单 方 便 的 液 压 动 力 源 ] ， 它 能 够 将 手 动 机 械 能 即 时 转 化 为 液 压 能 。配 套 使 用 油 缸 以 及 专 用 工 具 ， 可 进 行 剪 切 、 拆 卸 、 装 配 等 作 业 。 手 动 液 压 泵 不 仅 可 以 与 破 拆 工 具 等 配 套 使 用 ． 还 可 以 与 试 验 装 置 等 其 它 多 种 工 具 配 套 使 用 。 工 程 上 很 多 工 况 均 要 求 手 动 液 压 泵 在 空 行 程 的 时 候 供 给 低 压 大 流 量 流 体 ， 使 执 行 元 件 能 够 快 速 地 到 达 工 作 位 置 另 外 还 要 求 在 工 作 行 程 阶 段 ， 能 够 根 据 负 载 的 变 化 ， 可 以 自 动 地 转 化 为 供 给 高 压 力 的 小 流 量 流 体 ，这 样 可 以 使 执 行 元 件 获 得 较 大 的 输 出压 力 _ 2 _ 。 图 1所 示 为 传 统 的 单 级 压 力 手 动 液 压 泵 E 3 ] ， 它 存 在 的 主要 技 术 问 题 是 空 行 程 阶 段 流 量 小 。作 业 效 率 低 。 图 2所 示 的 杠 杆 为 铰 杆 二 级 增 力 手 动 液 压 泵 [ 。 虽 然 能 够 克 服 这 一 缺 点 ， 但 却 增 加 了 铰 杆 与 连 杆 的 数 量 ， 包 括 活 塞 杆 在 内 共 含 有 5个 运 动 构 件 ．造 成 泵 的 总 体 结 构 复 杂 ， 制 造 工 艺 性 差 。基 于 此 ， 笔 者 设 计 了 一 种 利 用 杠 杆 一 连 杆 二 级 增 力 机 构 [ 4 3 的 可 变 压 力 与 流 量 的 手 动 液 压 泵 ，这 种 新 型 手 动 液 压 泵 的运 动 构 件 与 传 统 的 手 动 液 压 泵 一 样 ， 只 有 3个 运 动 构 件 。 1 可 变压力与流量的手动液压泵工作原理 江苏省高校“ 青蓝 工程 ” 资助项 目 编号 苏教师 2 0 1 2 3 9 收稿 日期 2 0 1 4年 l 2月 可 变 压 力 与 流 量 的 手 动 液 压 泵 工 作 原 理 如 图 3所 示 ， 由 图 可 见 ， 杠 杆 手 柄 、 连 杆 构 成 的 增 力 机 构 与 柱 塞 铰 接 ，柱 塞 和 缸 体 之 间 保 持 良 好 配 合 ，实 现 可 靠 的 密 参 考 文 献 [ 1 ] 黄靖 远． 机械设计学 第二版 [ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ． 2 0 0 8 ． [ 2 ] 杨永发， 朱德滨 ． 基 于功能 设计法 的木材 削片机 [ J ] ． 森林 工程 ， 2 0 0 7 ， 2 3 4 2 1 2 3 ． [ 3 ] 陈沂． 功能设计一 价值 工程创新的生长点[ J ] ．价值工 程 ， 1 9 9 8 2 1 8 - 2 0 ． [ 4 ] K e p a l a s V y t a u t a s ，R a m o n a s C e s l o v a s ，Ma r c i n k e v i c i u s S t a n i s l o v a s ， e t a 1 ． R e s e a r c h o f T i g h t B a n d C o i l i n g D y n a mi c s C] ． I 2 0 1 5 ／ 6 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 1 s t I n t e rna t i o n a l C o n f e r e n c e O n Me c h a t r o n i c s y s t e m s a n d Ma t e r i a l s ，Vi l n i u s ，Li t h u a ni a， 2 00 6． 李茹． 卷料 冲片 自动生产线机 械系统“ 黑箱法 ” 设计 [ J ] ． 机 械设计 ， 2 0 0 5 ． 2 2 1 0 1 7 1 8 ． 陆劲挺． 概念设 计中功能树可拓相似推理方法研究 [ D] ． 合 肥 合肥工业大学。 2 0 0 9 ． 刘 书浩， 陈兵， 杨竞 ． 带钢剪切 断面层次 分布对剪 切工艺影 响探究 [ J ] ． 机械设计 与制造 ， 2 0 1 2 1 0 1 0 9 一 I 1 0 ． △ 编 辑 丁 罡 机械制造 5 3卷 第 6 1 0期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 腔 ， 即 完 成 了一 次 吸 油 动 作 ， 机 构 位 置 如 图 3 b 所 示 。 当 用 力 向 左 拉 动 杠 杆 手 柄 时 ，铰 接 在 其 上 的 连 杆 推 动 柱 塞 向 下 移 动 ， 缸 体 下 边 的 密 封 容 积 减 小 ， 单 向 阀 I关 闭 ， 单 向 阀 Ⅱ打 开 ， 排 出具 有 一 定 压 力 的 流 体 ， 进 入 执 行 装 置 ， 压 力 角 为 0时 ， 完 成 一 次 压 油 动 作 。 在 完 成 压 油 动 作 后 ，杠 杆 与 连 杆 接 近 竖 直 共 线 的 瞬 间 ．继 续 向 左 拉 动 杠 杆 手 柄 。连 杆 拖 动 柱 塞 向 上 移 动 ， 又 完 成 一 次 吸 油 动 作 ， 机 构 处 于 图 3 b 的 另 一 极 限 位 置 。 当 继 续 用 力 向右 推 动 杠 杆 手 柄 时 ， 连 杆 推 动 柱 塞 向 下 移 动 ， 又 完 成 一 次 压 油 动 作 。 图 示 机 构 中 的 传 动 角 西 与 压 力 角 较 大 时 ， 是 一 个 行 程 放 大 机 构 ； 西与 a较 小 时 ， 是 一 个 力 放 大 机 构 。 利 用 这 一 特 点 ， 在 由 图 3 b 所 示 的 极 限 位 置 处 ， 当 开 始 向 左 或 向 右 推 动 杠 杆 手 柄 时 ，人 手 操 纵 杠 杆 使 其 摆 动 幅 度 较 大 ， 则 与 角 的 变 化 范 围 较 大 ， 柱 塞 的 运 动 速 度 快 ， 满 足 了工 况 中 的 空 行 程 阶 段 提 供 低 压 大 流 量 流 体 的 需 要 。 这 时 的 手 动 液 压 泵 为 低 压 大 流 量 泵 ； 当 达 到 工 作 行 程 阶 段 时 ， 人 手 能 够 感 知 到 压 力 的 提 高 ， 便 可 操 纵 杠 杆 使 其 摆 动 幅 度 减 小 ， 即 西 与 角 的 变 化 范 围 较 小 ， 输 出 力 及 系 统 压 力 相 应 提 高 ， 满 足 了 工 况 中 根 据 载 荷 的 变 化 自动 转 化 为 供 给 高 压 力 的小 流 量 流 体 的 需 要 ， 此 时 ， 手 动 液 压 泵 便 可 自动 转 化 为 高 压 力 小 流 量 液 压 泵 ． 输 出 压 力 也 随 之 提 高 。 2力学计 算 2． 1 排 量 计 算 柱 塞 在 一 个 往 复 行 程 过 程 中 ， 图 3所 示 的 基 于 杠 杆 一 连 杆 二 级 增 力 机 构 的 手 动 液 压 泵 在 低 压 大 流 量 供 油 时 ， 排 量 口 为 g [ z 连 杆 1 -- C O S C m l 2 1 -- c o s q b 一 ] 1 式 中 d为 柱 塞 的 直 径 ； 1 7 为 泵 的 容 积 效 率 ，一 般 可 取 机械制造5 3卷 第6 1 0 期 为 0 ． 9 5； Z 为 杠 杆 式 压 板 被 动 臂 的 长 度 ； Z 连 杆为 连 杆 上 两 铰 链 孑 L 的 中 心 距 ； 一 为 杠 杆 一 连 杆 机 构 压 力 角 的 最 大 值 ； 一 为 杠 杆 一 连 杆 机 构 传 动 角 的最 大 值 。 2． 2输 出 压 力 计 算 图 1所 示 的 传 统 手 动 液 压 泵 的 输 出 压 力 P H 为 P H “ 2 图 2所 示 杠 杆 一 铰 杆 二 级 增 力 手 动 液 压 泵 高 压 小 流 量 供 油 时 的 输 出 压 力 为 Pm 2 2 t F a ／ 1叼1 叼 2 3 图 3所 示 杠 杆 一 连 杆 二 级 增 力 手 动 液 压 泵 类 似 曲 柄 摇 杆 机 构 ， 高 压 小 流 量 供 油 时 的 输 出压 力 P m为 Pe a 4 F1 t 丽叼 z卵 4 式 中 为 人 手 作 用 于 杠 杆 上 端 的 力 ； Z 。 为 杠 杆 手 柄 所 示 位 置 长 度 ； 为 连 杆 机 构 的 压 力 角 ； 为 杠 杆 被 动 臂 一 连 杆 机 构 的 传 动 角 ； 卢为 铰 链 副 的 当 量 摩 擦 角 ， 卢 a r c s i n ， r 为 铰 链 轴 半 径 ， z 为 连 杆 上 两 铰 链 孔 的 中 心 距 ， 为 铰 链 副 的摩 擦 因 数 ， 通 常 取 O ． 1 ； 叼 l 为 杠 杆 机 构 的力 传 递 效 率 ， 通 常 取 值 为 0 ． 9 7 ； 为 连 杆 机 构 的 力 传 递 效 率 ， 一 般 可 取 0 ． 9 0。 2 ． 3计 算 举 例 在 传 统 的 手 动 液 压 泵 中 ， 由 式 2 看 出 ， 要 增 大 输 出 压 力 ， 必 须 减 小 柱 塞 直 径 d， 这 说 明 传 统 手 动 液 压 泵 的 柱 塞 直 径 越 小 。 泵 的 输 出压 力 越 高 。 但 由 于 在 低 压 阶 段 需 要 大 流 量 的 油 液 ． 因 此 无 限 制 地 减 小 d是 不 现 实 的 。 在 图 3所 示 的 可 变 压 力 与 流 量 的 杠 杆 一 连 杆 二 级 增 力 手 动 液 压 泵 中 。可 以 通 过 改 变 机 构 中 的 传 动 角 和 压 力 角 ，便 可 方 便 地 实 现 低 压 大 流 量 到 高 压 小 流 量 的 转 换 。输 出 力 的 大 小 取 决 于 压 力 角 和 传 动 角 西 的 变 化 范 围 。 与 变 化 范 围 大 ， 推 力 小 ， 速 度 快 ； 与 咖变 化 范 围 小 ， 推 力 大 ， 速 度 慢 。 例 如 ， 取 d 2 0 mm， Z 。 5 0 0 m m ， 1 2 100 mm ， 200 N ， 0 [ 7。， 10。， r10 m m ， 由 式 4 可 计 算 得 出 大 活 塞 上 的 推 力 尸 m 8 ． 7 5 MP a 。 图 1所 示 的 传 统 -T - 动 液 压 泵 和 图 2所 示 的 杠 杆 一 铰 杆 二 级 增 力 手 动 液 压 泵 中 d、 Z 。 与 Z 2 取 相 同 参 数 时 ， 由 式 2 和 式 3 ， 可 分 别 得 出 P H 1 2 ． 6 2 MP a， P m一5 ． 6 3 M Pa。 经 过 上 述 比 较 可 以得 出 ，该 手 动 液 压 泵 通 过 利 用 杠 杆 一 连 杆 二 级 增 力 机 构 和 液 压 传 动 技 术 相 结 合 ， 改 变 了 输 出 压 力 与 流 量 ．可 获 得 较 之 图 1所 示 传 统 手 动 液 压 泵 3倍 多 的 输 出压 力 。 较 之 图 2所 示 的 杠 杆 一 铰 杆 二 级 增 力 手 动 液 压 泵 1 ． 5倍 多 的 输 出 压 力 ，作 为 高 压 小 流 量 泵 时 ， 增 力 效 果 明 显 。 2 01 5 ／6 回 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 t挖 掘 机 动 臂 后 支 座 开 裂 分 析 及 改 进 口宾旭洲 口李景 广西柳工机械股份有限公司 广 西柳州5 4 5 0 0 7 摘 要 动臂是挖掘机工作装置 中最重要 的部件 ， 后 支座 的开裂会造成整机无法工作。对故 障件进行 了解剖分析及有 限元分析 ， 找 出6t 挖掘机 动臂后 支座存在的 问题 ， 并对其进行改进设计 ， 解决 了后支座开裂问题 。 关键词 动臂动臂后支座有 限元分析 中图分类号 T H1 6 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 5 0 6 - 0 0 3 4 0 3 挖 掘 机 的 工 作 环 境 恶 劣 ， 工 况 复 杂 。 动 臂 是 挖 掘 机 工 作 装 置 的 最 重 要 组 成 部 件 ， 也 是 主 要 承 载 部 件 ， 挖 掘 机 工 作 装 置 如 图 1所 示 。 挖 掘 机 挖 掘 、 卸 载 作 业 时 各 类 冲 击 载 荷 都 由 动 臂 传 递 至 前 回 转 平 台 ，动 臂 的 各 项 力 学 性 能 特 别 是 后 支 座 的 可 靠 性 对 挖 掘 机 的 使 用 和 安 全 性 能 有 很 大 影 响 ．提 升 动 臂 后 支 座 的 可 靠 性 有 很 大 的 积 极 意 义 。 1 质量现 状 2 01 2年 5月 笔 者 对 某 公 司 6 t 挖 掘 机 动 臂 外 反 馈 故 障 进 行 统 计 分 析 ， 从 分 析 结 果 看 ， 后 支 座 故 障 占 反 馈 故 障 的 7 3 ． 5 ％ ， 故 障 形 式 主 要 表 现 为 动 臂 后 支 座 圆 筒 和 左 右 腹 部 焊 接 位 置 开 裂 ， 如 图 2、 图 3所 示 。 2 故障分析 2． 1 5 -析 思 路 通 过 大 量 的 理 论 计 算 和 对 6 t 挖 掘 机 动 臂 后 支 座 的 开 裂 问 题 进 行 解 剖 ， 研 究 其 失 效 原 因 。 分 析 思 路 见 表 收稿 E l 期 2 0 1 4年 l 2月 3 结束语 本 文 所 提 出 的 利 用 机 械 增 力 机 构 与 液 压 传 动 技 术 相 结 合 的杠 杆 一 连 杆 二级 增 力 手 动 液 压 泵 。 既 能 在 空 行 程 的时 候 快 速 地 供 给低 压 大 流量 的 流 体 ，又 能 在 工 作 行 程 的 阶段 中 ，根 据 负 载 的变 化 自动 转 化 为 供 给 高 压 力 的 小 流 量 流 体 ， 在 工 程 上 可 以 作 为 冲 压 机 、 千 斤 顶 以及 液 压 调 整 器 等 的 液 压 动 力 源 [5 ] 。 本 文 中 的 新 式 手 动 泵 ． 与 图 1 所示 的 传 统 手 动 液 压 泵 相 比较 ， 工 作 效 率 明显 提 高 ， 与 图 2所 示 的杠 杆 一 铰 杆 二 级 增 力 手 动 液 压 泵 相 比 ， 由 于 只 有 3个 运 动 构 件 ， 结 构 明 显 简 化 ， 并 可 起 到 更 好 地 增 力 效 果 。 相 信 其 将 在 工 程 领 域 中 会 得 到 广 泛 的 应 用 。 参 考 文 献 [ 1 ] 周 新 建． 超高压 手动 液压泵[ J ] ． 机 床与 液压 ， 2 0 0 4 9 2 0 1 5 ／ 6 1 ， 主 要 有 以 下 几 点 。 表 1 故障分析思路 分析项 目 内容 方 案 静载荷强度分析 动臂后支座结构尺寸 分析计算 腹板坡 口尺寸及焊接工艺性 加强板坡 口尺 寸及工艺性 旧件解 剖 、 焊缝 工艺性分析 支座 和腹板拼搭 间隙 检验 、试验 加强板的焊接顺 序 1 31 1 32 ． 柏青 ， 钟康 民． 直线 电机驱 动的复合传动增 压装置 [ J ] ． 机 械制造 ， 2 0 0 7 6 6 3 6 4 ． 付春梅 ． 杠杆一 铰杆二 级增力手动液压泵 [ J ] ． 机床与液 f i ， 2 01 3 1 0 1 0 9 -1 1 1 ． 付 春梅． 气动肌腱 驱动 的杠杆一 铰杆式 二次增 力机构 [ J 1 ． 液压与气动 ， 2 0 0 5 1 3 6 3 7 ． 盛小 明 ． 钟康 民． 带 二次增力 机构的高 压小流量手 动液 泵 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 8 1 1 7 3 7 4 ． 林 文焕 ， 陈本通 ． 机 床夹 具设计 [ M] ． 北 京 国防工业 出版 社 ． 1 9 8 7 ． 周峰 ， 倪俊芳． 基于无杆活塞气缸与杠杆一 双滚轮二次增 力 机构的复合传动装置 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 8 1 1 9 1 0 ． 编 辑 丁 罡 机械制造 5 3卷 第 6 1 0期 ]j] j 1 J] J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m