液壓缸機械式鎖緊方法

機械式鎖緊技術(shù)是液壓缸關(guān)鍵技術(shù)之一.根據(jù)當前國內(nèi)外液壓缸機械式鎖緊技術(shù)的研究與應(yīng)用成果，綜合歸納了液壓缸機械鎖緊技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析了目前機械鎖緊技術(shù)的種類、結(jié)構(gòu)、原理、特點及應(yīng)用等，并指出了其關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢.目前液壓缸機械式鎖緊方法有很多，常用的有套筒式、剎片式、鋼球摩擦式、滾子摩擦式、內(nèi)漲式、卡環(huán)式、楔塊-卡環(huán)式和錐面-碟簧式鎖緊方法等，分述如下.

 1 套筒式鎖緊

在活塞桿外伸部分，裝一個固定在液壓缸端蓋上一個鎖緊套筒，其內(nèi)孔與活塞桿的外圓為過盈配合，可使活塞桿被鎖緊在任意位置.鎖緊套筒內(nèi)孔有螺旋槽，槽的兩端裝有密封圈.鎖緊套筒較薄且具有一定彈性.當解鎖高壓油進入螺旋槽后， 在高壓油壓力的作用下， 鎖緊套筒徑向向外膨脹從而使其與活塞桿的過盈配合變?yōu)殚g隙配合，松開活塞桿，這時活塞桿即可如普通液壓缸一樣自由移動.若解鎖壓力油卸除之后活塞桿又被立即自動鎖緊在鎖緊套筒內(nèi).這種機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，在軸線方向和圓周方向均可鎖定.目前鎖緊負載可達到5 mn.
 
2 剎片式鎖緊

剎片式鎖緊裝置如圖 2 所示，在液壓缸的端蓋上有一制動剎片 2，它在碟形彈簧 1 的作用下被緊緊地壓在活塞桿 3 上，依靠摩擦力抵消活塞桿的軸向負載， 從而使活塞桿鎖緊在任意位置. 解鎖時， 壓力油進入 a腔，在液壓力的作用下碟形彈簧被壓縮，并帶動制動剎片松開活塞桿，這時活塞桿即可自由移動.當油壓卸去后，又立即自動鎖緊活塞桿.這種鎖緊液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，鎖緊力不受環(huán)境溫度影響，可在（-45～50）℃條件下正常工作.但鎖緊時制動塊必須與活塞桿抱緊，可能使活塞桿表面磨損，從而影響其伸縮運動.
 
3 鋼球摩擦式鎖緊

有雙向鎖緊和單向鎖緊兩種形式.雙向鎖緊，活塞桿 3 中間段開一圈斜面槽，斜面槽內(nèi)放置若干個鋼球 4，并用彈簧圈擋住.兩斜面槽之間的游動活塞 5 能游動，當液壓缸左腔卸壓或無壓力且活塞桿在外力作用下有左移趨勢時，則左邊斜面槽內(nèi)鋼球與缸體內(nèi)壁緊密擠壓，產(chǎn)生足夠摩擦力阻止活塞桿左移，實現(xiàn)活塞桿被鎖緊功能；當液壓缸右腔卸壓或無壓力且活塞桿在外力作用下有右移趨勢時， 則右邊斜面槽內(nèi)鋼球與缸體內(nèi)壁緊密擠壓，產(chǎn)生足夠摩擦力阻止活塞桿右移，實現(xiàn)活塞桿被鎖緊功能.當液壓缸左腔進壓力油時，游動活塞 5 在壓力油作用下先右移，并迫使右邊斜面槽內(nèi)鋼球沿斜面槽斜面下滑；然后活塞桿右移，左邊斜面槽內(nèi)鋼球沿斜面槽斜面下滑，實現(xiàn)解鎖功能.當液壓缸右腔進壓力油時，游動活塞在壓力油作用下先左移，并迫使左邊斜面槽內(nèi)鋼球沿斜面槽斜面下滑；然后活塞桿左移，右邊斜面槽內(nèi)鋼球沿斜面槽斜面下滑，實現(xiàn)解鎖功能.這種液壓缸在運動停止不工作時具有雙向鎖緊功能，而控制油路和普通液壓缸一樣；但在工作時能自然解鎖.若只要求單向鎖定功能時，只需一個斜面槽.這種液壓缸鎖緊結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn).解鎖過程中，鋼球相對缸壁會發(fā)生滑動，鋼球壓入缸壁產(chǎn)生犁溝效應(yīng)，因此液壓缸筒壁會被擦傷；必須限制壓入深度以保證液壓缸的實際工作性能和壽命不受影響.活塞桿斜面因與鋼球有固定的接觸部位和斜面的自行補償作用， 即使被壓出微小凹坑也不至于影響鎖緊效果.所以有較大的實用和推廣價值.不過這種結(jié)構(gòu)的主要缺點是缸壁承受正壓力很大而易變形破壞，所以其承載能力較差，特別適用于外載荷不太大的場合.如果要求大載荷下雙向鎖緊功能時，這種結(jié)構(gòu)不是很合適，可考慮采用內(nèi)漲摩擦式鎖緊結(jié)構(gòu),這種鎖緊形式在自鎖式收放鰭油缸等方面得到應(yīng)用.
 
4 滾子摩擦式鎖緊

因鋼球摩擦式鎖緊缸承載能力較差，若將其中的鋼球改為腰形滾子，即為滾子摩擦式鎖緊液壓缸.
單向滾子式鎖緊液壓缸的結(jié)構(gòu)原理圖如圖 4 所示.其原理與鋼球摩擦式鎖緊缸一樣，只是將其中的鋼球改為腰形滾子.滾珠與缸體內(nèi)壁的接觸是點接觸，而腰形滾子與缸體內(nèi)壁的接觸是線接觸，采用腰鼓形滾子與缸壁的接觸面積較大，其承載能力也較大，缸壁不易受損壞，工作壽命長.因此滾子式鎖緊液壓缸相對鋼球摩擦式鎖緊液壓缸應(yīng)用廣泛些.不過這兩種鎖緊液壓缸原理比較簡單，但其鎖緊力、解鎖力計算及液壓缸設(shè)計非常重要，參數(shù)選擇必須準確，否則可能導(dǎo)致不能鎖緊、無法解鎖、缸壁受損等問題.
 
5 內(nèi)漲式鎖緊

內(nèi)漲式鎖緊缸，活塞（鎖緊套）3 和缸體 2 之間因過盈配合產(chǎn)生巨大的鎖緊力鎖緊活塞.在鎖緊狀態(tài)下，活塞桿能承受很大的軸向負載，且不發(fā)生任何位移.當解鎖高壓油從解鎖油口 a，經(jīng)導(dǎo)管內(nèi)孔 c、d、b，終到達活塞與缸體之間，使缸體 2 向外徑向膨脹，此時活塞 3 和缸體 2 之間過盈配合變?yōu)殚g隙配合，實現(xiàn)解鎖.解鎖狀態(tài)下，動作油孔 1 可通入液壓油，與普通油缸一樣工作.當高壓油卸除后，活塞重新被缸體內(nèi)壁卡緊，又實現(xiàn)鎖定.這種液壓缸從根本上解決了液壓缸在承載情況下的長期鎖定問題，可在多種軍用及民用場合獲得廣泛應(yīng)用，具有重要的實用價值.
 
6 卡環(huán)式鎖緊

當活塞桿 5 在液壓力作用下移到終點時，卡環(huán) 3 與缸體 4 上的鎖槽重合，游動活塞 2 的凸部插入卡環(huán)內(nèi)，卡環(huán)脹開并卡入槽內(nèi)，活塞被鎖定.當活塞桿收回時，游動活塞在液壓力作用下向左移動，并將卡環(huán)松開，卡環(huán)在其彈力和活塞桿作用下從鎖槽斜面滑出，終實現(xiàn)解鎖.這種鎖緊方式只能在終端位置進行鎖定.
 
7 楔塊-卡環(huán)式鎖緊

楔塊-卡環(huán)式鎖緊缸缸體分為導(dǎo)向蓋、上缸體、上端蓋、缸體中段、下缸體、下端蓋等六部分.其中導(dǎo)向蓋內(nèi)壁刻有螺旋形導(dǎo)向槽，用以容納活塞桿的導(dǎo)向銷.活塞桿為一整體結(jié)構(gòu).上出桿與導(dǎo)向槽對應(yīng)位置開有一穿透孔，中間裝上導(dǎo)向銷；靠近活塞處加工一定位槽，主要靠該定位槽鎖住活塞桿；下出桿的末端有螺紋，用于安裝卡鉤.鎖緊裝置由楔塊、定位環(huán)、卡環(huán)組成.楔塊是個環(huán)形件，可上下運動；定位環(huán)由螺釘固定在缸體中段，不能活動；卡環(huán)由兩個半環(huán)拼成，安裝在定位環(huán)上，其外斜面形狀與楔塊的楔形相吻合，內(nèi)表面的斜面形狀與活塞桿上定位槽斜面一致.
液壓控制回路很簡單，只需一個“y”型中位機能的三位四通換向閥和鎖緊液壓缸相連接，閥的一口接液壓缸的中油口，另一口連接在液壓缸的上、下油口.
其工作原理是：換向閥一端通電，液壓缸的上、下油口通入高壓油，中油口與回油連接，壓差迫使活塞桿向上運動.由于上有楔塊，下有定位環(huán)，卡環(huán)無法上下運動，只能往兩側(cè)“脹開”或“收縮”.當活塞桿的定位槽運動到卡環(huán)處時，楔塊的側(cè)向力迫使卡環(huán)“收縮”進入到定位槽內(nèi)，同時楔塊向下運動鎖住卡環(huán)，也就同時鎖住了活塞桿，當換向閥另一端通電，液壓缸的中油口通入高壓油，上、下油口與回油連接，壓差迫使楔塊向上運動，活塞桿向下運動，卡環(huán)“脹開”脫離定位槽，即解除了鎖定狀態(tài)，當活塞桿作上下運動時，導(dǎo)向銷在螺旋形導(dǎo)向槽內(nèi)滑動，迫使活塞桿同時相對于缸體轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)卡鉤的自動卡住與脫開.換向閥處于中位時，液壓缸的 3 個油口都與回油相連接，活塞桿不受力，因此液壓缸將長期保持初始狀態(tài).該鎖緊液壓缸可長期有效工作.
目前液壓缸機械式鎖緊方法有很多，常用的有套筒式、剎片式、鋼球摩擦式、滾子摩擦式、內(nèi)漲式、卡環(huán)式、楔塊-卡環(huán)式和錐面-碟簧式鎖緊方法等。
 
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