任意位置过盈锁紧型液压缸在液压锁紧回路中的应用与研究

Hy r u isP e ma is& S asNo 1 .01 dal nu t c c el/ .2 2 1

任意位置过盈锁紧型液压缸在液压锁紧回路中的应用与研究谢文建蒙小苏吴建胜(L d京航天发射技术研究所，京 10 7 )北 0 0 6摘要：绍了任意位置过盈锁紧型液压缸的结构与工作原理，将其应用在锁紧回路中，好的解决了长时间、负载任意位置可介并较大

靠锁紧问题，足了使用需求，经试验验证，能可靠，得了较好的实用效果。满并性取 关键词：液压缸：盈锁紧；紧回路过锁中图分类号： H1%5, H17 T 3 1T 3 . 9文献标识码： A文章编号：10— 8 3 2 1 )2 0 6 - 4 0 8 0 1 (0 1 1- 0 10

The Ap l ai n nd p i to a R e e r h f c s ac o q S lc e ee t d Po i o I ef r nc—Lo k n Cy i e i H y ru i Lo k ng Cic is st n nt re e e— c i g i l nd r n d a lc ci ru tX E We -i / nj n a ME G Xa- u N i s o J n seg i -hn a

( e ig ntue o p c a n h T c nlg, B in 10 7, C ia B in Is tt fS ae L u c eh ooy j i e ig 0 0 6 j hn )Ab ta t T e s u t r n r i g p i c p e o n ee t d p st n it r r n e l c i g y id ri n rd c d a d a p i d i y r u i sr c: h t cu e a d wo k n r il fa y s lc e o i o n e e e c - o k n c l e si t u e n p l n h d a l r n i f n o e clc i g c r ut . I’ a p e e a l o u in t h u si n t o g t a d lr e la r l be lc ig a n ee td p s in o kn i i c s t S r f r b e s l t o t e q e t s wi l n— i o o h me n a g - o d ei l o k n t a y s lce o i o, a t

s t fe t e u e d ma d t e r s l f e p rme t s o t a

h n ee td p st n it r r n e l c i g c l d r wo k el a d a i i d h s e n, h e u t o x e i n s h w h t te a y s lce o i o n e e e c - o k n yi e r s w l n s s i f nrl be ei l . a Ke W o d: c l d r i tr r n e l c ig; h d a l l c i g ic i y r s y i e; n ef e c— o k n n e y r u i o k n cr u t c s

O概述在具有要求执行机构停止在指定位置上的液压系

锁紧回路、液控单向阀锁紧回路、衡阀锁紧回路等；平另一类是利用机械锁紧装置进行锁紧，常见的是在液压缸上设置机械锁紧装置[1如钢球锁紧液压缸[可实现 50 -I 1 l 5 I,

统中，压锁紧回路的应用十分广泛，起重机支腿回液如路、降平台回路等。根据锁紧方式的不同，压锁紧升液回路一般有两类，一类是利用液压控制元件进行锁紧，

在一端或两端进行机械锁紧，簧锁紧液压缸[可实现碟 6 1,在任意位置机械锁紧等。

根据锁紧元件的不同 .目前常用的锁紧回路有换向阀收稿日期：0 1 0一 l 2 1 - 9 O

但上述锁紧方式，无论是利用液压控制元件进行锁紧，是利用机械方式进行锁紧，具有一定的局限还均性，球锁紧液压缸只能在固定位置 (端或两端 )钢一进

作者简介：文建 (9 9,,级工程师，京航天发射技术研究所谢 17一)男高北主要从事液压元件及系统设计。+一++ -+ -+一+ - - —+

行机械锁紧 .法实现任意位置锁紧，无碟簧锁紧液压缸虽可实现在任意位置机械锁紧，锁紧力较小、构尺但结

行报警，障生产操作的安全。保

统为国内外多家企业提供高效快速灵活可靠的服务。参考文献【周恩涛，建勋，君哲 .压缸活塞密封性能的有限元分析 l 1李林液

5结论 通过上述方法开发完成的 (E L N C橡塑密封 SA——设计加工软件》目前已具有了可百余种橡塑密封圈产品进行尺寸设计及数控编程的能力。密封圈产品的尺寸范围涵盖了国内外多种标准，并

具有非标尺寸的设计能力。 该软件现已随 S A—— E L N C橡塑密封件数控加工系

[. J润滑与密封，0 64.] 20( )【倪红兵，克武 .控加工中的切点坐标计算[.德石油高 2]邹数 J承]等专科学校学报，0 8 2 . 20 ()

【余世林，国宝. 3】朱通用型数控自动编程系统的研究[. J武汉理]工大学学报 (通科学与工程版 )2 0 (0.交，0 31)6 1

液压气动与密封/0 21 1年第 1 2期

寸较大；利用液压控制元件可实现液压缸在任意位置锁紧功能，由于液压缸及锁紧控制元件 (压阀等 )但液 不可避免存在一定程度泄漏，以及液压油的可压缩性， 尤其是长时间工作时，压缸的锁紧性能是不可靠的，液对于一般的系统来说影响不大，但对于一些重要的系

开产生弹性变形，锁紧套和活塞杆之间形成间隙 .使此时外锁紧型液压缸与普通液压缸一样，活塞杆可以正常往复运动。 内锁紧型液压缸是将内锁紧套设在活塞上，使它

与缸筒形成过盈配合，工作原理与外锁紧套液压缸类似，当锁紧套内无压时，筒将锁紧套紧紧抱住，形缸并成强大的正压力，锁紧套外表面采用高摩擦系数材料制成，从而与缸筒之间产生很大的摩擦力，将活塞锁

统来说却是致命的，如调平系统或平台要求长时间保持调平精度，由于锁紧的不可靠而失去调平精度 .会使系统失去基准，甚至在一些对锁紧安全性要求较高的

场合，因为锁紧控制元件的失效 (泄漏、会如卡滞等 )而

紧，当通过开锁腔油口将锁紧套内充入高压油时，高压

造成功能丧失甚至安全事故。因此，究液压缸实现任意位置机械锁紧，直是研一

油将缸筒撑开产生弹性变形，使锁紧套和缸筒之间形成间隙，此时内锁紧型液压缸与普通液压缸一样，活塞

液压行业的一大难题，多年来液压工作者一直在进行研究，本文介绍了一种利用过盈锁紧型液压缸实现任

可以正常往复运动。内锁紧型液压缸充分利用了液压缸活塞比活塞杆

意位置机械锁紧的锁紧回路，较好的解决了上述问题与不足 .满足了使用需求，经试验验证，能可靠，

并性取得了较好的实用效果。

粗这一特点，同样长度锁紧套的液压缸，使内锁紧套的有效锁紧面积比外锁紧套的有效锁紧面积大，因而锁紧力增大。

l结构和工作原理过盈锁紧型液压缸分为过盈外锁紧型液压缸和过盈内锁紧型液压缸，结构与普通液压缸基本一致，其由缸筒、塞、塞杆、 (锁紧套、活活外内)连接支耳、向环、导密封圈等部分组成，图 1图 2所示。如、

2在锁紧回路中的应用分析过盈锁紧型液压缸在锁紧回路中使用时与普通液

压缸相比，少了液压锁等锁紧元件，需增加一路开减但锁油路，其他的换向、速等控制与普通液压缸一样，调 其典型液压回路如图 3所示。

1缸筒 2活塞一一

3活塞杆一

4锁紧套一

5连接支耳一

6导向环一

7密封圈 8开锁腔油口 9有杆腔油口 1一杆腔油口一一 - O无 图 1过盈外锁紧型液压缸结构图 图 3过盈锁紧型液压缸组成的锁紧路腺理图

过盈锁紧型液压缸应用于锁紧回路中。与普通锁

紧回路或其他机械锁紧液压缸相比，有以下特点：具 ( )以在任意位置实现锁紧功能， 1可当给开锁腔充l缸筒一 2活塞杆一 3沽塞一 4内锁紧套一 5迁援支耳一 6导同环一

入高压油，在开锁状态下，可以像普通液压缸一样运动，到达运动位置时，当高压油卸除，压缸靠锁紧套液

7密封圈 8开锁腔油口 9有杆腔油口 1一杆腔油口一一 - 0无 图 2过盈内锁紧型液压缸结构图

产生锁紧力，即锁紧，证了液压缸能在任意位置实立保现锁紧功能。 ( )紧力大、紧可靠， 2锁锁过盈锁紧型液压缸是靠锁紧套与活塞杆 (或缸筒 )间过盈配合所产生的摩擦之力实现锁紧功能的，擦力为摩擦表面的正压力、擦摩摩系数和摩擦面积三者的乘积，而锁紧套、筒、塞杆缸活一

外锁紧型液压缸是在缸筒有杆腔一端连接上外锁

紧套，锁紧套与活塞杆为过盈配合，外当锁紧套内无压时，紧套将活塞杆紧紧抱住，形成强大的正压力，锁并 锁紧套内表面采用高摩擦系数材料制成，从而与活塞杆之间产生很大的摩擦力，

活塞杆锁紧，将当通过开锁腔油口将锁紧套内充入高压油时，高压油将锁紧套撑6 2

般均为金属材料，弹性模量较大，较小的过盈量能产

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生较大的正压力，而锁紧套表面是用特殊材料制成的， 摩擦系数很大，因此，只要改变摩擦面积 (即锁紧套的接触表面积 ),就可轻易获得较大锁紧力，如 8 m 0m缸径的内锁紧型液压缸锁紧力一般可达到十几吨，而 1 0 m缸径的内锁紧型液压缸锁紧力一般可达到五 4r a

( )紧力和开锁压力。 1锁 锁紧力反映了液压缸的锁紧性能 .前文已经分析过，过盈锁紧型液压缸的锁紧力就是锁紧套与活塞杆 (缸筒 )间产生的摩擦力，擦力为摩擦表面的正或之摩

压力、摩擦系数和摩擦面积三者的乘积。锁紧力的设计计算必须综合考虑上述三方面的因素，在满足要求的情况下，量减小结构尺寸，留较大的安全余量，尽并在测试锁紧力时 .为避免加工尺寸公差和形位公差造成的影响，在全行程内分段进行测试。应 开锁压力的合理设计是保证液压缸可靠解锁的另一

六十吨 .锁紧方式是依靠锁紧套 (缸筒 )弹性变且或的形来实现的机械锁紧，受液压元件泄漏、件卡滞、不阀 油液压缩、环境温度变化等因素的影响，锁紧十分可靠，能适应恶劣环境和长期可靠锁紧工况要求。 ( )构简单、 3结尺寸小、装使用方便，安过盈锁紧型液压缸与普通液压缸相比，只增加了锁紧套和内部开

个关键因素，液压缸结构尺寸一定的情况下，在开锁

锁油路，结构简单，且锁紧套与缸筒或活塞安装在一体，寸小，占用外部空间，改变原普通液压缸的尺不不安装方式 .使用方便。 ( )锁安全可靠，压缸工作时，须先进行解 4解液必锁，后才能进行伸收动作，然保证了系统工作的安全可靠。 () 5由于过盈锁紧型液压缸的启动压力 (擦阻摩力)比一般的液压缸略大，因此不适用于控制精度要求高的电液伺服系统。 具体情况见表 1。表 1过盈锁紧型液压缸

与其他几种典型 锁紧液压缸 (回路 l的特性比较

压力与摩擦表面的正压力成正比，锁压力过高，开系统难以实现，锁压力过低，开又直接影响锁紧力的大小 .

因此，锁压力必须与锁紧力的设计综合考虑。开 ( )紧套结构和材料选择。 2锁由于液压缸的开锁压力和锁紧力取决于锁紧套、

缸筒(或活塞杆 )的结构尺寸及锁紧套与缸筒 (活塞或杆 )材料性能，紧套安装在活塞或缸筒上，般采的锁一用圆筒状结构，图 1图 2所示，见、其尺寸受到液压缸结构尺寸的限制，能无限扩大或缩小，不因此其材料特性和过盈量的选择是保证其可靠锁紧和解锁的关键，材料选择主要考虑其弹性、度、擦系数等，量做到强摩尽摩擦系数大，度高、强弹性好，面耐磨性好，表以提高其工作性能和使用寿命，对于一些环境温度变化较大的场合，一些军用设备，求液压缸在一 0+ 0C境如要 4~ 5￣环下可靠工作，必须考虑温度变化对锁紧力和开锁压力的影响，因其过盈量很小，而温度变化可能导致过盈量的变化，而引起开锁压力和锁紧力的变化，时尽量从此小人

锁紧方式锁紧位置锁紧力 (同缸径 )

液压锁紧机械锁紧任意位置一

机械锁紧机械锁紧

端或两端任意位置任意位置

低，长期高，长期锁紧可靠性

高，长期高，长期锁紧无位锁紧无位

选用同种材料的锁紧套和缸筒 (活塞杆 )二者的材或，料匹配一般有：一钢、钢钢一球墨铸铁、铝合金一铝合金等隅，川并进行高低温环境下的锁紧力和开锁压力试验，确保锁紧力和开锁压力在不同温度下均满足要求。 锁紧套不仅起到锁紧作用，还承担活塞 (活塞或杆)的导向功能，由于锁紧套的长度较一般液压缸的导

锁紧有位锁紧无位移变化

移变化简单,、 l

移变化复杂大

移变化复杂小

控制方式结构尺寸

简单

应用此形式的液压缸方便实现了某调平系统的锁

紧要求，此系统共用了 4种不同锁紧载荷的过盈锁紧型液压缸 (别为 8、5、0和 1 0)分 t3 t6 t 2 t,经试验测试表明，在额定载荷锁

紧状态下，4 2 h内液压缸无任何位移

向带长度长，因此液压缸能承受较大的径向载荷，导但向长度的增加，再加上锁紧套表面摩擦系数较大的影响，塞 (活塞杆 )活或的运动阻力较大，减小运动阻为力，锁紧力满足要求的情况下，尽量减小锁紧套的在应

量 .并经过 6 0 0 0次连续开锁运行和锁紧试验测试、 一4 q低温环境和+ 0C 0C 6￣高温环境性能试验，锁紧性能无

长度等结构尺寸。 () 3装配制造。 由于锁紧套与活塞杆 (缸筒 )过盈配合，以或为所

任何变化，足了系统使用要求，得了良好的实用效满取果。

3关键技术与发展方向研究过盈锁紧型液压缸的关键技术主要有以下几点：

在装配时比较困难，需要设计专用工装进行装配， 同时，由于锁紧力与过盈配合表面的正压力成正比，为保证过盈配合表面的正压力均匀、紧可靠，锁紧套和锁对63

液压气动与密封/0第 l期 21 1年 2

汽车起重机多路阀负载敏感系统的工作特性分析晋毅傅波付玄段伟0 65; (. 1四川大学制造科学与工程学院，四川成都 61 0

2四川腾中重工机械有限公司， .四川成都 6 1 3 ) 14 0摘要：析了非完全定比控制和完全定比控制两种典型的定量泵负载敏感系统及 D F O路阀负载敏感系统的工作原理。假定分 L— 0多在

主要工作参数相同的前提下，三种系统的工作效率进行了计算分析。果表明， L一 0多路阀负载敏感液压系统具有较高的效率和对结 D F0

操作性能，值得在汽车起重机液压系统中推广使用。关键词：载敏感；负多路阀；率效中图分类号： H1 79 T 3. 文献标识码： A文章编号：1 0— 8 3 2 1 ) 2 0 6— 4 0 8 0 1 (0 1 1— 04 0

O p r to l e ai na Ch r ce itc a a trsi An l ss f L a S ns ay i o o d e i ng

Mut l UntV v ytm n Cr eT uk 1pe i a eSs i l e i a rc nJN Y I F Bo U l F Xu n U at DU AN We2 i

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a uatr gS ine a d E gn eig ih a U i r t,C e g u 1 0 5 C ia 1 l g o C l n fc i c c n n ier,Se u n nv s y h n d 6 0 6, hn; un e n ei2Sc u n e gh n H ay n ut a . h a T nz o g ev Id s l i i r Mahn r C . Ld, C e gu 0 C ia c i y o, t. h nd 6 3, hn ) e 14 1A s a t T ot i l od sni yt bt c: w pc a es gss ms( m l e i e aocnrl n o—o l e i e rt n o t 1 a d n w y e f r y al n e c pe f drt o t dn n cmpe f d a o cnr ) n a e t o o t x i oa t x i o pDL一 0 o d s n ig s se wee a a y e . T e v r al f c e c o t e e o d e sn s se we e e eo e a d h n t e F 0 la e sn y tm r n l z d h o e— l i i n y f h s l a s n i g y tms e r d v lp d n te h

c a a t r t s e e a a y e n o a e . R s l s o t a DL 0 la e sn y tm a i h r e ce c n e tr o e a in h r ce i i w r n l z d a d c mp rd sc e ut h w h t s F一 0 o d s n i g s se h s hg e f in y a d b t p r t i e o p r r n e I i r c mme d be t p l F 0 l a s n i g y tm i c a e r c s e o ma c . t s e o f n a l o a p y DL - 0 d e sn s s o e n r n t k . uKe W o d: la s n i g mut l u i av; e ce c y rs od e s; n l p e nt i v le i f in y

0前言在工程机械中，使用传统多路阀的液压系统存在收稿日期：0 1 0一 1 2 1 - 9 O

着一些缺陷，:流阀口两端压力大幅度降低；芯如节阀移动力大；流量的调节受负载压力变化的影响，载大负时调速性差；于需完成多功能操作的工程机械 .对要求

操纵者技术熟练

:调速性能随发动机转速而变。在定量泵系统中采用负载敏感技术可克服上述缺点，是增加[】袁旭芳，文秀 .控单向阀在锁紧回路中的应用[ .古 3李液 J内蒙]石油化工，0 5 1 ) 2 0 (2 .

作者简介：毅 (9 8,,川大学在读硕士研究生，究方向为机械晋 18一)男四研电子工程。

活塞杆 (缸筒 )或配合表面的尺寸公差和形位公差要求较高，小的误差都将影响锁紧力和开锁压力的大小。较

4结论任意位置过盈锁紧型液压缸解决了特殊工况下一般锁紧回路的不足，实现了任意位置长时间可靠锁紧

【雷天觉.编液压工程手册 (、 )]京：京理工大学 4】新上下【 . M北北出版社 . 9 8 19 .

[倪江生. 5】钢球锁紧式液压缸的设计计算田.机械设计， 9 (2 . 1 61) 9[盛英，鹰 .簧式机械锁紧液压缸【.压与气动，0 1 1. 6】仇原碟 J液 1 20() f]甘海涛 .型液压缸端位机械锁【 .压与气动，0 5 9 . 7新 J液] 20 () 【倪江生，羽健，正威.型机械锁紧式液压缸的设计Ⅲ. 8】翟陈新机械科学与技术 .9 4 4 . 19 ( )

功能，构简单，结使用方便，并经试验验证，能良好，性工作稳定、可靠，得了较好的实用效果。取参考文献[1伍小东，尚平，磊 .种典型锁紧回路的特性分析[.山 1杨詹几 J矿 】机械， 0 0 2 ) 2 1 (2 .

[徐海， 9]王玉姝.一种新颖的锁紧液压缸f. J液压与气动，0 3 4 . 1 20()【 1赵旭明.压缸任意位置的自动闭锁技术【】型机械科技， 1 0液 J重 .20 ( ) 022.

【】葛玉柱，军科 .压系统限速与锁紧回路分析【.床与液 2胡液 J机 j压 .0 0 3 . 21()6 4

【l黄长征 .压缸机械锁紧技术新发展【.关学院学报 l】液 J韶】自然科学，0 0 9 . 21()

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