液压缸机械式锁紧方法

液压缸机械式锁紧方法

机械式锁紧技术是液压缸关键技术之一.根据当前国内外液压缸机械式锁紧技术的研究与应用成果，综合归纳了液压缸机械锁紧技术研究现状，分析了目前机械锁紧技术的种类、结构、原理、特点及应用等，并指出了其关键技术和发展趋势.目前液压缸机械式锁紧方法有很多，常用的有套筒式、刹片式、钢球摩擦式、滚子摩擦式、内涨式、卡环式、楔块-卡环式和锥面-碟簧式锁紧方法等，分述如下.

 1 套筒式锁紧

在活塞杆外伸部分，装一个固定在液压缸端盖上一个锁紧套筒，其内孔与活塞杆的外圆为过盈配合，可使活塞杆被锁紧在任意位置.锁紧套筒内孔有螺旋槽，槽的两端装有密封圈.锁紧套筒较薄且具有一定弹性.当解锁高压油进入螺旋槽后， 在高压油压力的作用下， 锁紧套筒径向向外膨胀从而使其与活塞杆的过盈配合变为间隙配合，松开活塞杆，这时活塞杆即可如普通液压缸一样自由移动.若解锁压力油卸除之后活塞杆又被立即自动锁紧在锁紧套筒内.这种机构结构简单、性能可靠，在轴线方向和圆周方向均可锁定.目前锁紧负载可达到5 mn.
 
2 刹片式锁紧

刹片式锁紧装置如图 2 所示，在液压缸的端盖上有一制动刹片 2，它在碟形弹簧 1 的作用下被紧紧地压在活塞杆 3 上，依靠摩擦力抵消活塞杆的轴向负载， 从而使活塞杆锁紧在任意位置. 解锁时， 压力油进入 a腔，在液压力的作用下碟形弹簧被压缩，并带动制动刹片松开活塞杆，这时活塞杆即可自由移动.当油压卸去后，又立即自动锁紧活塞杆.这种锁紧液压缸结构简单，使用寿命长，锁紧力不受环境温度影响，可在（-45～50）℃条件下正常工作.但锁紧时制动块必须与活塞杆抱紧，可能使活塞杆表面磨损，从而影响其伸缩运动.
 
3 钢球摩擦式锁紧

有双向锁紧和单向锁紧两种形式.双向锁紧，活塞杆 3 中间段开一圈斜面槽，斜面槽内放置若干个钢球 4，并用弹簧圈挡住.两斜面槽之间的游动活塞 5 能游动，当液压缸左腔卸压或无压力且活塞杆在外力作用下有左移趋势时，则左边斜面槽内钢球与缸体内壁紧密挤压，产生足够摩擦力阻止活塞杆左移，实现活塞杆被锁紧功能；当液压缸右腔卸压或无压力且活塞杆在外力作用下有右移趋势时， 则右边斜面槽内钢球与缸体内壁紧密挤压，产生足够摩擦力阻止活塞杆右移，实现活塞杆被锁紧功能.当液压缸左腔进压力油时，游动活塞 5 在压力油作用下先右移，并迫使右边斜面槽内钢球沿斜面槽斜面下滑；然后活塞杆右移，左边斜面槽内钢球沿斜面槽斜面下滑，实现解锁功能.当液压缸右腔进压力油时，游动活塞在压力油作用下先左移，并迫使左边斜面槽内钢球沿斜面槽斜面下滑；然后活塞杆左移，右边斜面槽内钢球沿斜面槽斜面下滑，实现解锁功能.这种液压缸在运动停止不工作时具有双向锁紧功能，而控制油路和普通液压缸一样；但在工作时能自然解锁.若只要求单向锁定功能时，只需一个斜面槽.这种液压缸锁紧结构简单、易于实现.解锁过程中，钢球相对缸壁会发生滑动，钢球压入缸壁产生犁沟效应，因此液压缸筒壁会被擦伤；必须限制压入深度以保证液压缸的实际工作性能和寿命不受影响.活塞杆斜面因与钢球有固定的接触部位和斜面的自行补偿作用， 即使被压出微小凹坑也不至于影响锁紧效果.所以有较大的实用和推广价值.不过这种结构的主要缺点是缸壁承受正压力很大而易变形破坏，所以其承载能力较差，特别适用于外载荷不太大的场合.如果要求大载荷下双向锁紧功能时，这种结构不是很合适，可考虑采用内涨摩擦式锁紧结构,这种锁紧形式在自锁式收放鳍油缸等方面得到应用.
 
4 滚子摩擦式锁紧

因钢球摩擦式锁紧缸承载能力较差，若将其中的钢球改为腰形滚子，即为滚子摩擦式锁紧液压缸.
单向滚子式锁紧液压缸的结构原理图如图 4 所示.其原理与钢球摩擦式锁紧缸一样，只是将其中的钢球改为腰形滚子.滚珠与缸体内壁的接触是点接触，而腰形滚子与缸体内壁的接触是线接触，采用腰鼓形滚子与缸壁的接触面积较大，其承载能力也较大，缸壁不易受损坏，工作寿命长.因此滚子式锁紧液压缸相对钢球摩擦式锁紧液压缸应用广泛些.不过这两种锁紧液压缸原理比较简单，但其锁紧力、解锁力计算及液压缸设计非常重要，参数选择必须准确，否则可能导致不能锁紧、无法解锁、缸壁受损等问题.
 
5 内涨式锁紧

内涨式锁紧缸，活塞（锁紧套）3 和缸体 2 之间因过盈配合产生巨大的锁紧力锁紧活塞.在锁紧状态下，活塞杆能承受很大的轴向负载，且不发生任何位移.当解锁高压油从解锁油口 a，经导管内孔 c、d、b，最终到达活塞与缸体之间，使缸体 2 向外径向膨胀，此时活塞 3 和缸体 2 之间过盈配合变为间隙配合，实现解锁.解锁状态下，动作油孔 1 可通入液压油，与普通油缸一样工作.当高压油卸除后，活塞重新被缸体内壁卡紧，又实现锁定.这种液压缸从根本上解决了液压缸在承载情况下的长期锁定问题，可在多种军用及民用场合获得广泛应用，具有重要的实用价值.
 
6 卡环式锁紧

当活塞杆 5 在液压力作用下移到终点时，卡环 3 与缸体 4 上的锁槽重合，游动活塞 2 的凸部插入卡环内，卡环胀开并卡入槽内，活塞被锁定.当活塞杆收回时，游动活塞在液压力作用下向左移动，并将卡环松开，卡环在其弹力和活塞杆作用下从锁槽斜面滑出，最终实现解锁.这种锁紧方式只能在终端位置进行锁定.
 
7 楔块-卡环式锁紧

楔块-卡环式锁紧缸缸体分为导向盖、上缸体、上端盖、缸体中段、下缸体、下端盖等六部分.其中导向盖内壁刻有螺旋形导向槽，用以容纳活塞杆的导向销.活塞杆为一整体结构.上出杆与导向槽对应位置开有一穿透孔，中间装上导向销；靠近活塞处加工一定位槽，主要靠该定位槽锁住活塞杆；下出杆的末端有螺纹，用于安装卡钩.锁紧装置由楔块、定位环、卡环组成.楔块是个环形件，可上下运动；定位环由螺钉固定在缸体中段，不能活动；卡环由两个半环拼成，安装在定位环上，其外斜面形状与楔块的楔形相吻合，内表面的斜面形状与活塞杆上定位槽斜面一致.
液压控制回路很简单，只需一个“y”型中位机能的三位四通换向阀和锁紧液压缸相连接，阀的一口接液压缸的中油口，另一口连接在液压缸的上、下油口.
其工作原理是：换向阀一端通电，液压缸的上、下油口通入高压油，中油口与回油连接，压差迫使活塞杆向上运动.由于上有楔块，下有定位环，卡环无法上下运动，只能往两侧“胀开”或“收缩”.当活塞杆的定位槽运动到卡环处时，楔块的侧向力迫使卡环“收缩”进入到定位槽内，同时楔块向下运动锁住卡环，也就同时锁住了活塞杆，当换向阀另一端通电，液压缸的中油口通入高压油，上、下油口与回油连接，压差迫使楔块向上运动，活塞杆向下运动，卡环“胀开”脱离定位槽，即解除了锁定状态，当活塞杆作上下运动时，导向销在螺旋形导向槽内滑动，迫使活塞杆同时相对于缸体转动，从而实现卡钩的自动卡住与脱开.换向阀处于中位时，液压缸的 3 个油口都与回油相连接，活塞杆不受力，因此液压缸将长期保持初始状态.该锁紧液压缸可长期有效工作.
目前液压缸机械式锁紧方法有很多，常用的有套筒式、刹片式、钢球摩擦式、滚子摩擦式、内涨式、卡环式、楔块-卡环式和锥面-碟簧式锁紧方法等。
 
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