液壓缸機(jī)械式鎖緊方法

機(jī)械式鎖緊技術(shù)是液壓缸關(guān)鍵技術(shù)之一.根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外液壓缸機(jī)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(jī)械鎖緊技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析了目前機(jī)械鎖緊技術(shù)的種類、結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)及應(yīng)用等，并指出了其關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì).目前液壓缸機(jī)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(gè)固定在液壓缸端蓋上一個(gè)鎖緊套筒，其內(nèi)孔與活塞桿的外圓為過(guò)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(dāng)解鎖高壓油進(jìn)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(guò)盈配合變?yōu)殚g隙配合，松開(kāi)活塞桿，這時(shí)活塞桿即可如普通液壓缸一樣自由移動(dòng).若解鎖壓力油卸除之后活塞桿又被立即自動(dòng)鎖緊在鎖緊套筒內(nèi).這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，在軸線方向和圓周方向均可鎖定.目前鎖緊負(fù)載可達(dá)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(dòng)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(fù)載， 從而使活塞桿鎖緊在任意位置. 解鎖時(shí)， 壓力油進(jìn)入 a腔，在液壓力的作用下碟形彈簧被壓縮，并帶動(dòng)制動(dòng)剎片松開(kāi)活塞桿，這時(shí)活塞桿即可自由移動(dòng).當(dāng)油壓卸去后，又立即自動(dòng)鎖緊活塞桿.這種鎖緊液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，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(shí)制動(dòng)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(yùn)動(dòng).
 
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(kāi)一圈斜面槽，斜面槽內(nèi)放置若干個(gè)鋼球 4，并用彈簧圈擋住.兩斜面槽之間的游動(dòng)活塞 5 能游動(dòng)，當(dāng)液壓缸左腔卸壓或無(wú)壓力且活塞桿在外力作用下有左移趨勢(shì)時(shí)，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(shí)現(xiàn)活塞桿被鎖緊功能；當(dāng)液壓缸右腔卸壓或無(wú)壓力且活塞桿在外力作用下有右移趨勢(shì)時(shí)， 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(shí)現(xiàn)活塞桿被鎖緊功能.當(dāng)液壓缸左腔進(jìn)壓力油時(shí)，游動(dòng)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(shí)現(xiàn)解鎖功能.當(dāng)液壓缸右腔進(jìn)壓力油時(shí)，游動(dòng)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(shí)現(xiàn)解鎖功能.這種液壓缸在運(yùn)動(dòng)停止不工作時(shí)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(shí)能自然解鎖.若只要求單向鎖定功能時(shí)，只需一個(gè)斜面槽.這種液壓缸鎖緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn).解鎖過(guò)程中，鋼球相對(duì)缸壁會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，鋼球壓入缸壁產(chǎn)生犁溝效應(yīng)，因此液壓缸筒壁會(huì)被擦傷；必須限制壓入深度以保證液壓缸的實(shí)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(bǔ)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(shí)用和推廣價(jià)值.不過(guò)這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)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(chǎng)合.如果要求大載荷下雙向鎖緊功能時(shí)，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(diǎn)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(zhǎng).因此滾子式鎖緊液壓缸相對(duì)鋼球摩擦式鎖緊液壓缸應(yīng)用廣泛些.不過(guò)這兩種鎖緊液壓缸原理比較簡(jiǎn)單，但其鎖緊力、解鎖力計(jì)算及液壓缸設(shè)計(jì)非常重要，參數(shù)選擇必須準(zhǔn)確，否則可能導(dǎo)致不能鎖緊、無(wú)法解鎖、缸壁受損等問(wèn)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(guò)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(fù)載，且不發(fā)生任何位移.當(dāng)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(dá)活塞與缸體之間，使缸體 2 向外徑向膨脹，此時(shí)活塞 3 和缸體 2 之間過(guò)盈配合變?yōu)殚g隙配合，實(shí)現(xiàn)解鎖.解鎖狀態(tài)下，動(dòng)作油孔 1 可通入液壓油，與普通油缸一樣工作.當(dāng)高壓油卸除后，活塞重新被缸體內(nèi)壁卡緊，又實(shí)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(zhǎng)期鎖定問(wèn)題，可在多種軍用及民用場(chǎng)合獲得廣泛應(yīng)用，具有重要的實(shí)用價(jià)值.
 
6 卡環(huán)式鎖緊

當(dāng)活塞桿 5 在液壓力作用下移到終點(diǎn)時(shí)，卡環(huán) 3 與缸體 4 上的鎖槽重合，游動(dòng)活塞 2 的凸部插入卡環(huán)內(nèi)，卡環(huán)脹開(kāi)并卡入槽內(nèi)，活塞被鎖定.當(dāng)活塞桿收回時(shí)，游動(dòng)活塞在液壓力作用下向左移動(dòng)，并將卡環(huán)松開(kāi)，卡環(huán)在其彈力和活塞桿作用下從鎖槽斜面滑出，終實(shí)現(xiàn)解鎖.這種鎖緊方式只能在終端位置進(jìn)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(duì)應(yīng)位置開(kāi)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(gè)環(huán)形件，可上下運(yùn)動(dòng)；定位環(huán)由螺釘固定在缸體中段，不能活動(dòng)；卡環(huán)由兩個(gè)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(jiǎn)單，只需一個(gè)“y”型中位機(jī)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(yùn)動(dòng).由于上有楔塊，下有定位環(huán)，卡環(huán)無(wú)法上下運(yùn)動(dòng)，只能往兩側(cè)“脹開(kāi)”或“收縮”.當(dāng)活塞桿的定位槽運(yùn)動(dòng)到卡環(huán)處時(shí)，楔塊的側(cè)向力迫使卡環(huán)“收縮”進(jìn)入到定位槽內(nèi)，同時(shí)楔塊向下運(yùn)動(dòng)鎖住卡環(huán)，也就同時(shí)鎖住了活塞桿，當(dāng)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(yùn)動(dòng)，活塞桿向下運(yùn)動(dòng)，卡環(huán)“脹開(kāi)”脫離定位槽，即解除了鎖定狀態(tài)，當(dāng)活塞桿作上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向銷在螺旋形導(dǎo)向槽內(nèi)滑動(dòng)，迫使活塞桿同時(shí)相對(duì)于缸體轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)卡鉤的自動(dòng)卡住與脫開(kāi).換向閥處于中位時(shí)，液壓缸的 3 個(gè)油口都與回油相連接，活塞桿不受力，因此液壓缸將長(zhǎng)期保持初始狀態(tài).該鎖緊液壓缸可長(zhǎng)期有效工作.
目前液壓缸機(jī)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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