手动快速便携式超高压液压千斤顶研制.pdf

2 0 1 4年 4月 第4 2卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAULI CS Ap r ． 2 01 4 V0 L 4 2 No ． 8 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 8 ． 0 2 7 手动快速便携式超高压液压千斤顶研制 黄 长征 ，张文新 1 ．韶关学院物理与机 电工程学院，广东韶 关 5 1 2 0 0 5 ； 2 ． 韶关市赛力乐液压件制造有限公司，广东韶关 5 1 2 0 0 5 摘要便携式液压千斤顶广泛应用于抗震救灾、消防救援、起重推移等领域，但体积大 ， 单件部件重 ， 携带不便，活 塞动作速度慢，系统压力小。采用阶梯活塞式手动泵和带充液阀的双速液压缸分体式结构改进液压千斤顶，研究了千斤顶 最大负载、柱塞上升速度的计算方法。工程实践表明 该产品携带方便 ，升降快速，单件部件质量小于2 5 k g 、最高系统压 力6 3 M P a ，最大负载 1 21 0 N，千斤顶上升速度6 3 7 m m ／ mi n 。 关键词液压千斤顶；双速液压缸；手动泵；超高压 中图分类号T H I 3 7 ． 5 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 48 0 8 1 3 S t u d y o n t h e Qu i c k P o r t a b l e Ul t r a h i g h P r e s s u r e Ma n u a l Hy d r a u l i c J a c k HUANG C h a n g z h e n g ．Z HNA G We n x i n 1 ． S c h o o l o f P h y s i c s a n d Me c h a n i c a l E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ，S h a o g u a n U n i v e r s i t y ， S h a o g u a n Gu a n g d o n g 5 1 2 0 0 5，C h i n a； 2 ． S h a o g u a n S M i l e H y d r a u l i c E l e m e n t Ma n u f a c t u r i n g C o ． ，L t d ． ，S h a o g u a n G u a n g d o n g 5 1 2 0 0 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e o r i g i n a l p o r t a b l e h y d r a u l i c j a c k i s o f t e n a p p l i e d i n e a r t h q u a k e r e l i e f w o r k ，r e s c u e ，h o i s t i n g a n d p u s h ，b u t i t s v o l u me a n d s i n gl e u n i t w e i g h t a r e b i g ，i t s s u p p o rt f o r c e i s n o t e n o u g h ，i t s w o r k e ff i c i e n c y i s l o w，a n d i t i s n o t p o rt a b l e ．A n u l t r abi p r e s s u r e ma n u al h y d r a u l i a c j a c k b a s e d o n l a d d e r p i s t o n h a n d p u mp a n d h y d r a u l i c d o u b l e s p e e d c y l i n d e r w i t h p r e fi l l v a l v e w a s p u t f o r w a r d e d ．A n d t h e c a l c u l a t i o n m e t h o d s f o r t h e m a x i m u n j a c k ’ S l o a d a n d p l u n g e r s p e e d w e r e s t u d i e d ．T h e p r a c t i c al印p l i c a t i o n s h o w s t h a t i t s s i n g l e u n i t w e i g h t i s l e s s t h a n 2 5 k g ，i t s p r e s s u r e i s 6 3 MP a，i t s s u p p o rt f o r c e i s 1 2 X 1 0 N ，i t s p l u n g e r s p e e d i s 6 3 7 mm／ mi n， an d i t i s p o r t a b l e ． K e y wo r d s H y d r a u l i c j a c k ；D o u b l e s p e e d c y l i n d e r ；Ma n u al j a c k ；U l t r a h i g h p r e s s 在抗震救灾 、消防救援、起重推移等领域中需要 使用便携式液压千斤顶起重、推移、支撑重物；地下 矿山、工程施工需要千斤顶将重物顶起或支撑，以便 于救援或安全生产。但是 ，目前的便携式液压千斤顶 一 般采用液压缸 、液压阀和手动泵一体化结构体积 大，在空间狭窄处 ，操作不便 ；质量大 ，携带不便； 液压系统压力低 ，支撑力不够；空载和加载过程活塞 杆移动速度相同，操纵效率不高 ；即使极少数采用液 压缸和泵阀分体式结构 ，但因液压系统压力低 ，同等 载荷下液压缸体积大、质量大，液压缸单体质量都在 7 5 k g以上 ，而导致携 带不便 。 目前 的矿 山 、工程 施 工用的液压千斤顶都配有专门的液压系统，体积大、 质量大，携带不便 。 。所有这些都将导致降低抢险 救灾效率 、安全生产效率 ，造成不必要的生命财产损 失。因此 ，下面介绍一种手动快速便携式多功能超高 压大载荷的千斤顶。 1 工作原理及特点 常用便携式液压千斤顶大多采用液压缸 、液压 阀 和手动泵一体化结构，如图 1 所示。一体化结构使整 个设备质量过大，携带不便。手动泵大多采用单活塞 结构 ，如图 1中右半部分所示 ；这种手动泵空载和 加载过程活塞杆移动速度相同，操纵效率不高。有的 手动泵采用阶梯式活塞、双活塞结构或双作用双级柱 塞泵 。这些泵的速度均有两级 ，即无负载时快进 、负 载时慢进 。 。 。 柱 塞 柱 塞 缸 图 l 传统的液压千斤顶原理图 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 0 3 基金项目广东省科技计划项 目重大专项资助项 目 2 0 1 2 A 0 9 0 3 0 0 0 1 1 ；韶关市科技计划项目 2 0 1 1 G X H ／ G 0 9 作者简介黄长征 1 9 7 0 一 ，男，博士，副教授 ，从事机电液集成控制理论与技术应用研究。E ma i l h c z c h n 1 6 3 ． c o rn。 8 2 机床与液压 第 4 2卷 液压缸执行件部分一般为单作用柱塞缸、双作用 液压缸 ，速度只有一级；极少数采用带充液阀的双速 液压缸 ，如图2所示。在国外，日 本理研精机株式会 社研制的手动油泵采用的是阶梯活塞式手动泵 ，执行 液压缸是单作用液压缸 ，采用手动泵和执行机构一体 化结构，最高压力 7 0 M P a ，速度两级 ，质量 5 6 k g ， 体积很小 。目前没有一种将双速手动泵和双速液压 缸组合在一起的液压千斤顶。作者设计一种基于阶梯 活塞式手动泵和带充液阀的双速液压缸的手动快速便 携式超高压千斤顶。其工作原理如图 3 所示 溢流阀 1 1 调定压力 6 3 M P a ，溢流阀 1 7调定压力 1 MP a ；空 行程无负载时，抬起压杆 2 0 ，带动小活塞 1 8和大活 塞 1 9向上移动，两活塞下的工作油腔容积扩大，形 成真空，在大气压作用下油箱 1 0内流体经滤油器 1 4 推开单向阀 l 3和 1 5分别流入小活塞 1 8和大活塞 1 9 下的工作油腔；压下压杆 2 0时，单向阀 1 3和 1 5关 闭，小活塞 1 8和大活塞 1 9下的工作油腔内的压力油 分别经单 向阀 1 2和 1 6一起流入小柱塞 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 1 9 的截面积和工作油腔 A的截面积差不多，所 以大柱 塞快速上升 ；同时，大柱塞 3的下部与工作油腔B的 工作容积扩大，形成真空 ，油箱 9内流体经滤油器 9 推开单向阀8流人大柱塞 3下的空腔。 7 l 一 油箱 B 2 一 截止 阀 8 3 、4 、1 1 、1 2 ～单向阀 。 5 一大缸缸筒 i 0 6 一大缸柱寒 u卜 小缸 柱 塞 l 2 8 ～ 压杆 9 ～ 活塞 l O - 活塞 缸 A 、B 一 工 作油 腔 图2 高效千斤顶原理图 l 一工作油腔A 2 一 小柱塞3 一大柱塞4 一工作油腔B s 一单向阀 6 一大柱塞缸 筒7 一 截止阀8 、1 2 、1 3 、1 5 、1 6 一单向阀9 、1 4 一滤油器 l O 一油箱 l l 一 高压溢流阀 l 7 一低压溢流 阀 l 8 一小活塞l 9 一大活塞 2 O 一压杆 图3 手动快速便携式超高压千斤顶原理图 继续压抬压杆，柱塞继续上升，当柱塞上升触到 负载时，工作油腔 A和 B的油压升高；当该油压升 高到 1 MP a时，低压溢流阀 l 7溢流，这时压抬压杆 2 0时，从油箱吸人的油液经滤油器 l 4和单向阀 1 5 ， 最终经溢流 阀 1 7 溢 出，不 再流入 柱塞 缸 ；这 时 唯有 小活塞 1 8工作起作用，从油箱吸入的经滤油器 1 4和 单向阀 1 3的油液加压后，推开单向阀 1 2 ，最终流入 柱塞缸；因柱塞缸的柱塞截面积相对小活塞 1 8的截 面积大很多 ，所 以压杆压 出的压力油最 高可达 6 3 MP a 。这样就实现了空载空行程时千斤顶柱塞快速上 升 ，而负载时千斤顶柱塞慢速上升，且压力很大 、负 载很大 。 当需要停止上升时，立即停止抬压压杆 2 0，柱 塞缸中的油液压力使单向阀8 、1 2 、1 6自行关闭，柱 塞立即自锁不动。若要柱塞返 回时时 ，打开截止阀 7 ，在重力作用下，柱塞缸中的油液流 回油箱，柱塞 复位。 该千斤顶的特征是 1 采用分体式结构 ，将 手动泵和液压缸执行件两个主要部件分开，采用轻量 化技术使手动泵和液压缸两个部件的单体质量降低到 2 5 k g 以下 ，便于携带； 2 采用阶梯活塞式手动 泵、带充液阀的双速液压缸及其液控系统，实现空载 时活塞杆快速移动而负载时活塞杆慢速移动、系统压 力最高 6 3 MP a 、最大推力 1 2 x 1 0 N，比传统千斤顶 的升降效率高 2 O倍左右 ； 3 组装式顶板与活塞杆 球头连接，方便支撑 ；支撑高度可调； 4 液压执 行缸安全锁定、卸荷 ，载荷非正常下降时进行预警； 5 一个手动泵可为多个千斤顶提供压力油。 2 设计计算 2 ． 1 千斤顶最大负载计算 根据杠杆原理 ，有 F 】 Z F o f n 1 式 中 为压杆总长 ； z 为压杆与活塞杆铰接点到压杆与支架铰接点 的距离 ； 为压杆尾端 手动压 下的力 ； F ， 为手动泵活塞杆受到的压下力； k为压下力放大倍数 ，k l o ／ l 。 根据 帕斯卡原理 ，有 P 2 式中 d 为小活塞直径 ； D 为大柱塞直径 ； P为工作 腔中液 压压力 ⋯。 2 ． 2 柱塞上升速度计算 根据质量守恒定律 第 8 期 黄长征 等手动快速便携式超高压液压千斤顶研制 8 3 P 1 l A l p 2 2 A 2 3 忽略液体的可压缩性时， P p ，则 lA l 2 A 2 4 手动泵单次压下液体体积 2 2 一 d 2 ， 小柱塞缸单次被压入液体体积 2 ，则 d d 一 d h D 5 式 中d ， 为大活塞直径 ； d 。 为手动泵活塞杆直径； D ． 为小柱塞直径 ； h为大、小活塞移动距离 ，即压杆单次压下距 离 ； 为小柱塞单次移动距离 ； 为大柱塞单次移动距离。 大柱塞上升速度为 6 t 式 中 t 为大柱塞上升 时间 m 。 3 工程实例 某手动快速便携式超高压千斤顶计算实例如表 1 所示 。 表 1 手动快速便携式超高压千斤顶计算计算实例 4结束语 工程应用表明该手动快速便携式超高压千斤顶 设计合理，计算方法正确，已生产试用。产 品轻便， 快速，系统压力高，负载大。 参考文献 【 1 】冷汹涛， 余 自 力． 双功率大行程液压千斤顶的结构设计 及力学分析[ J ] ． 安徽广播 电视大学学报， 2 0 0 7 3 1 2 1 1 2 3． ‘ 【 2 】马蔓． 高效液压千斤顶[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 1 4 8 2 ． 【 3 】严桃平 ， 王建胜． 液压千斤顶结构与油路 的改进设计 [ J ] ． 汽车维修 ， 2 0 0 2 1 4 4 4 5 ． 【 4 】周福成． 新型遥控液压千斤顶的设计 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 9 3 4 04 1 ． 【 5 】杨宝富． P 一 7 型手动油压泵的结构介绍 [ J ] ． 液压与气 动， 2 0 0 2 3 1 8 2 1 ． 【 6 】徐正保， 杜盛强． 提高液压千斤顶地震救援效率的创新 设计[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 1 0 1 0 4 4 ． 【 7 】 Z H A N G X i ， L I U J i e ， WA N G Z o n g y o n g ， e t a 1 ． T h e R e s e a r c h o f t h e E v alu a t i o n S y s t e m f o r t h e S e a l a b i l i t y o f Hy d r a u l i c S u p p o r t s a n d J a c k s ’ S e a l s 『 J ] ． J o u r n al o f C o a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g C h i n a ， 2 0 1 1 ， 1 7 1 1 0 41 0 6 ． 【 8 】 傅志红， 胡爱武 ， 胡宣哲， 等． 多速手动液压千斤顶的速 度分析[ J ] ． 机电产品开发与创新， 2 0 0 8 1 1 6 7 6 9 ． 【 9 】 谢建， 罗治军， 田桂， 等． 基于 A M E S i m的多级液压缸建 模与仿真[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 7 1 2 6 1 2 9 ． 【 1 O 】 赵杰， 吴百海． 水胀成形液压系统分析[ J ] ． 机床与液 压 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 O 7 7 7 9 ． 【 1 1 】丁问司， 巫辉燕． 铁道车辆油压减振器三维流场动态仿 真[ J ] ． 机械工程学报 ， 2 0 1 1 ， 4 7 6 1 3 01 3 7 ． 上接第 7 4页 缓慢同步放张的功能。为克服缓慢放张引起的回油困 难现象，设计 回油单向阀，达到快速回油的目的。最 后对优化之后的方案进行综合的校核与试验，肯定了 放张器的可行性。此外，针对该放张器的完善措施， 需要指出的是放张器在加工精度方面有较高的要求， 这样才能确保缓慢放张时间的准确控制。 参考文献 【 1 】 王昆， 周瑞生． 先张法预应力空心板梁预制技术[ J ] ． 交 通科技， 2 0 0 1 6 1 41 5 ． 【 2 】 卢建中． 博格式轨道板预制关键技术探讨 [ J ] ． 铁道建 筑技术 ， 客运专线建设专题， 2 0 0 7 3 1 5 ． 【 3 】 张萃， 王磊． 液压与气压传动[ M] ． 北京 清华大学出版 社 ， 2 0 1 1 ． 【 4 】 宋海磊 ， 吴元文， 王进戈， 等． 高速铁路轨道板先张预应 力同步放张器的研究[ J ] ． 西华大学学报 自然科学版 ， 2 0 1 4 2 7 3 7 6 ． 【 5 】 成大先． 机械设计手册 第 5 卷[ M] ． 5版． 北京 化学工 业 出版社 ， 2 0 o 8 ． 【 6 】成大先． 机械设计手册 第 2卷[ M] ． 5版． 北京 化学工 业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 7 】 周梓荣， 赖帮钧， 罗亮光． 环形微间隙压力水流动特性及计 算公式的研究[ J ] ． 凿岩机械气动工具， 2 0 0 7 1 6 l 一 6 4 ． 【 8 】 周梓荣 ， 赖帮钧， 罗亮光． 环形微间隙压力水流动特性及 计算公式的研究续[ J ] ． 凿岩机械气动工具 ， 2 0 0 7 2 5 0 5 7． 【 9 】 赖帮钧 ， 周梓荣． 间隙泄漏水量的初步测定及其计算公 式的探讨[ J ] ． 凿岩机械气动工具 ， 2 0 0 2 2 4 5 5 2 ． 【 1 0 】周享达． 工程流体力学 [ M] ． 北京 冶金工业出版社 ， 1 9 9 4． 【 1 1 】戴远敏， 李建英 ， 刘海之． 提高液控单向阀的实践与研 究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 6 6 7 6 7 8 ．