杠杆-铰杆二级增力手动液压泵.pdf

2 0 1 3年 5月 第4 1 卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T0OL ＆ HYDRAUL I CS Ma v 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ．1 0 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 0 ． 0 3 7 杠杆 一 铰杆二级增力手动液压泵 ． 付春梅 ， 1 ．常州轻工职业技 术学院，江苏常州 2 1 3 1 6 4； 钟康 民 2 ．苏州大学机电工程 学院，江苏苏州 2 1 5 0 2 1 摘要介绍了一种新型的杠杆 一铰杆二级增力手动液压泵的工作原理，给出了排量及输出压力的计算公式。该新型泵 能在空行程阶段提供低压大流量液体，在工作行程阶段提供高压小流量液体，与传统手动液压泵相比较，工作效率明显提 高 。 ’ 关键词 手动液压泵 ；杠杆 ；铰杆 ；增力机构 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 01 0 9 3 Ha nd Pu mp wi t h Two - s t e p Fo r c e Amp l i fie r Us i ng Le v e r - t o g g l e FU Ch u n me i ． ZHONG Ka ng mi n 1 ． C h a n g z h o u I n s t i t u t e o f L i g h t I n d u s t r y T e c h n o l o g y ，C h a n g z h o u J i a n g s u 2 1 3 1 6 4 ，C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ，S o o c h o w U n i v e r s i t y ，S u z h o u J i a n g s u 2 1 5 0 2 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Th e w o r k i n g p r i n c i p l e o f a n e w t y p e o f h a n d p u mp wi t l l t wo - s t e p f o r c e a mp l i fi e r u s i n g l e v e r - t o g g l e w a s i n t r o d u c e d，t h e c a l c u l a t i n g f o r mu l a e o f t h e d i s p l a c e me n t a n d o u t p u t p r e s s u r e w e r e g i v e n ． Th e n e w p u mp C an p r o v i d e h i g h - fl o w l i q u i d t l l l o w p r e s s u r e i n v a c a n t p a t h s t a g e ， a n d C an p r o v i d e s mall fl o w l i q u i d w i t h h i g h p r e s s u r e i n w o r k i n g s t r o k e s t a g e ． C o mp a r e d wi t h t r a d i t i o n al h an d p u mp， w o r k e ffic i e n c y i s i mp r o v e d s i g n i fi c an tl y ． Ke y wo r d s Ha n d p u mp； L e v e r ；T o g g l e ； F o r c e a mp l i fi e r 手动液压泵是一种简单方便的液压动力源，广泛 应用于建筑、煤炭冶金、石化 、电力、机械等行业。 例如 ，建筑工地上常用 的钢筋剪断机 ，就是 以手动液 压泵作为液压动力源。工程上绝大多数工况对手动液 压泵的要求，是既能在空行程阶段提供低压大流量液 体，以使执行元件快速到达工作位置；又能在工作行 程阶段，根据负载变化 自动转换为提供高压小流量液 体，以使执行元件获得较大的输出力。 执 行 元件 a 开始 下 压阶 段 图1 所示为传统的单级压力手动液压泵的工作原 理。这种单级压力泵存在的主要技术问题是 空行程 阶段流量小，作业效率低。双级压力泵 虽然能够 克服这一缺点 ，但却增加了柱塞与单向阀的数量 ，造 成泵的总体结构复杂 ，制造工艺性差。基于此 ，作者 设计 了一种利 用杠 杆 一铰杆 二 级增 力机 构 的手 动 液 压泵 。 执行元件 图 1 传统手动液压泵 b 工作 行程 阶 段 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 2 3 基金项目2 0 1 2年度江苏省高校 “ 青蓝工程”资助项目 作者简介付春梅 1 9 8 0 一 ，女，硕士，讲师，研究方向为机电液一体化技术。Em a i l 5 3 3 4 7 0 0 9 q q ． c o m。 1 1 0 机床与液压 第 4 1卷 工作 原理 作原理如 图 2 所 示。 基于杠杆 一铰杆二级增力机构的手动液压泵 ，工 a 开始 下压 阶段 图 2 杠杆 一铰杆二级增力手动液压泵 由图中可见 ，杠 杆 手柄 1 、连 杆 2 、铰杆 3和 4 构成的增力机构与柱塞 5铰接，柱塞和缸体之间保持 良好配合 ，实现可靠的密封。当抬起杠杆手柄 1时， 铰接在其上的连杆 2提起铰杆 3 、4 ，进而拖动柱塞 5 向右移动，泵体左边密封容积增大负压 ，单向阀6打 开 ，油箱 中的油在 大气压 力的作 用下 ，通过 吸油管进 入泵腔 ，完成一次吸油动作 。当用力压 下杠杆手 柄 1 时 ，铰接在其上 的连 杆 2压 下 铰杆 3 、4 ，进 而推 动 柱塞 5向左移动，缸体左边的密封容积减小 ，单向阀 6关 闭 ，单 向阀 7打开 ，排 出具有 一定 压力 的液体 ， 进入执行装置 ，完成一次压油动作。如将放油阀 8 旋 转 9 0 。 在实物上放油阀旋转角度是可 以改变 的 ， 可将输 出的油液返 回到油箱 。 铰杆机构 的压 力角 较 大 时 ，是一 个 行程 放 大 机构 ；0 c 较 小 时 ，是 一个 力 放 大 机 构。利 用 这 一特 点 ，当开始用力 向下压动杠杆手柄时 ，人手操纵杠杆 使其摆 动幅度 较大 ，则 角 的变化 范围较大 ，柱塞 5 的运动 速度快 ，满足 了工况 中的空行程 阶段提供低压 大流量液体 的需要 ，如 图 2 a 所 示 ；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 角 的变 化范 围较 小 ，输 出力及 系统压力相应提高 ，满足了工况中的工作行程 阶段，根据负载变化 自动转换为提供高压小流量液体 的需要 ，如 图2 b 所示 。 2 设计计算 在柱塞的一个往复行程过程中 ，图 1 所示传统手 动液压泵供油时 的排 量 及 图 2 所 示杠 杆 一铰杆二 级增力手动液压泵低 压大 流量供 油时 的排量 ，分 别 由以下公式计算 b 工作 行 程阶 段 V L 。 ㈩ z 铰 杆 c 0 s 一 c 0 s 叼 2 式 中 d为柱塞的直径 如 图 1 、2所示 ； z 手 柄 为 人 手 操 纵 手 柄 的行 程 如 图 1 、2所 示 ； z 为杠杆 主动臂 的长度 如 图 1 、2 所示 ； f 为杠杆被 动臂 的长度 如 图 1 、2 所示 ； 叼 为泵的容积效率，一般可取为 0 ． 9 5 ； 一为 铰杆 机 构 压 力 角 的最 大 值 如 图 2所 示 ； O t 为铰 杆 机构 压 力 角 的最 小 值 如 图 2所 示 。 图 1 所示传统手动液压泵高压供油 时的输 出压力 P 及 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 p m，分别 由以下公式计算 P 4 。 3 H l d 2 1 2 7 ／ 1 j J 2F Z ， P m 孟 z 4 式中F i 为人手作用于杠杆上端的力 如图 1 、2所 示 ； 叼 为杠杆 机构 的力传 递效率 ，通 常取值 为 0 ． 9 7； 田 为 铰 杆 机 构 的力 传 递 效 率 ，一 般 可 取 为 0 ． 9 0； 为 铰杆 机 构 压 力 角 的最 小 值 如 图 2所 示 。 第 1 0 期 付春梅 等 杠杆 一 铰杆二级增力手动液压泵 1 1 1 由公 式 3 可 以看 出 要 增 大 p ，必 须 减 小 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。但是 ，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 。而 在新 型手 动 液 压 泵 中 ，可 以通 过 改 变 铰 杆 机 构 的压 力 角 ，便可极为方便地实现低压大流量到高压小流量 的转换 。 3 计算举例 在杠 杆 一铰 杆 二级 增力 手 动 液压 泵 中 ，由公式 4 可 以看 出 ，尽管铰杆机 构的理论压力 角 越小 ， 其输 出到大活塞 上推力 的增力效果越显著 ，但极小的 压力角O Z 很难手动控制。因此，O ／ 角取值要合理。在 工程 实 际 中 ，建 议 一 般 取 1 0 。～1 5 。 ， 6 0。～7 0。 。 在排量 的计算 中 ，若Z 手 柄 。 Z 手 柄 2 3 5 0 m m 即人 手操纵杠杆的行程相同的情况下 ，例如，取 d2 0 i F ll n ，Z 1 5 0 0 m i l l ，Z 2 1 0 0 m m，Z 铰 杆1 5 0 m m 按 照 图2所示长度比例取值 ， 1 2 。 ， 6 5 。 ，可 计算得出传统手动液压泵中的排量 2 1 m L ，而杠 杆 一 铰杆二级增力手动液压泵 的排量 V t 2 - -4 9 m L 。 在输出压力的计算 中，设 F i 2 0 0 N，d 、z 、z 取值与上述相 同，可计算得 出传统手动液压泵 中高压 供油 时的输 出压力 P Ⅲ1 9 ． 3 1 MP a ，而杠杆 一 铰杆 二 级增力 手 动 液 压 泵 高 压 供 油 时 的 输 出 压 力 P m 4 0 ． 8 8 MP a 。 经上述 比较可 以看出 ，利用机械增 力机构与液压 传动技术相结合的杠杆 一铰杆二级增力手动液压泵 ， 可获得传统手动液压泵2倍以上的油液排量和2倍以 上的输出压力，增力效果明显 ，工作效率显著提高 ， 还可降低操作者的劳动强度。 4结束语 文中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 铰杆二级增力手动液压泵 ，既能在空 行程阶段迅速提供低压大流量液体 ，又能在工作行程 阶段 ，根据 负载 变化 自动转 换 为提供 高 压小 流量 液 体 ，与传统手动液压泵相 比较 ，工作效率明显提高， 相信 它将在工程领域得 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 1 3 11 3 2 ． 【 2 】 吴三友， 张庆云， 陈晓晖， 等． S S D H 7 0手动液压泵的研 制[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 6 5 3 8 4 0 ． 【 3 】张明哲 ， 王兵， 钟康 民． 手动杠杆式双作用双级柱塞泵 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 6 2 1 3 31 3 4 ． 【 4 】 付春梅． 气动肌腱驱动的杠杆 一 铰杆式二次增力机构 [ J ] ． 液压与气 动 ， 2 0 0 5 1 3 6 3 7 ． 工业机器人或迎爆发期技术水平尚存在差距 近年来 ，工业机器人的应用越来越广泛 ，种种迹象表明工业 自动化时代 已经到来，工业机器人极有可能成为下一个迎来 爆发式增长的新兴产业。另一方面 ，中国工业机器人产业正处于前所未有的机遇期 ，政策红利、工业转型升级需求释放等机 遇叠加，但 中国工业机器人产业化发展却不尽如人意，产业化进程发展缓慢。 产业具备加速发展条件 中国工业机器人 的规模、分布 、技术 、应用是产业加速发展的基础和条件 。总体来看，中国工业机器人产业处于起步期 ， 整体规模较小 ；受产业发展阶段影响，龙头企业多分布在研发集中的东北地区；技术投入虽逐年增长，但核心技术 尚未产业 化；人力替代需求旺盛 ，市场应用前景广阔。 技术及应用水平存在差距 中国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分 机器人关键元器件，开发出喷漆 、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。但我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外 比还有一定的差距，主要体现在 产品可靠性、精确度低于国外产品；机器人应用领域较窄，生产线系统技术与国外 比仍有 差距 ；自主创新不足，诸多技术方面停留在仿制层面，关键零部件依赖进口，特别是在高性能交流伺服电机和高精密减速器 方面的差距尤为明显；在加工工艺方面 ，国内厂商的热处理技术较弱 ，直接影响工业机器人的控制精度。 产业 进入 重要发 展 期 目前 ，工业机器人产业发展处于内外部机遇叠加的重要发展期 ，工业转型升级推动装备产业发展、 口增长趋势有利于 释放市场容量、商业模式创新活跃。同时 ，工业机器人产业经过初期的技术积累和产品市场规模 的不断扩大，正逐步接近产 业化快速发展的临界点 。 工业机器人产业作为战略性新兴产业 ，其产业化的快速发展与商业模式的创新 密不可分。工业机器人产业已经具备了基 础技术条件 ，足以支撑产业化的快速发展。商业模式的建立有利于加快形成工业机器人产业体系，改变原有 的产业形态。在 信息技术、互联网技术基础上积累的商业模式创新经验 ，为工业机器人产业 的发展提供 了可资借鉴的良好经验。机器人 的应 用 ，是从特种作业领域 ，逐渐向工业装备领域进行大规模市场拓展的，目前在众多领域已呈爆发式增长。 来源中国工业报