一種液壓缸的鎖緊方法分析及結構設計

陳秀梅，馬玉貴

(1.北京信息科技大學 機電工程學院，北京 100192;2.河北宏潤重工股份有限公司，河北 鹽山 061300)

0 引言

夾緊裝置是實現自動操作的重要部件，是重型車床、磨床、鏜銑床、加工中心、柔性生產線的重要組成部件，在國內機床、自動化行業有廣泛的應用。其鎖緊力一般通過螺紋、斜面的自鎖角、液壓缸或氣壓缸等提供［1］。

現有技術的鎖緊采用螺紋或斜面的自鎖裝置，則必須要嚴格的自鎖角度實現自鎖，或者需要有足夠的操作空間，由于加工工藝的原因可能導致自鎖不牢靠，對于操作空間限制的情況下，更是無法實現;采用液壓缸或氣壓缸方式，由于液壓油和壓縮空氣的性質，會導致鎖緊不穩定，不易控制，對于精度要求高的場合，更不容易達到要求。特設計一種液壓缸通過機械力和液壓力實現可靠的鎖緊。

1 液壓缸的結構及工作原理

液壓缸是液壓系統中的能源轉換裝置，在現代機械設備中應用極為廣泛［2］。本設計主要在于鎖緊部分的結構設計，其余設計與普通液壓缸相同，在此不再贅述。如圖1 所示，液壓缸的結構由缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿等部分組成。圖1(a)為液壓缸驅動的鎖緊裝置松開狀態，(b)為液壓缸驅動的鎖緊裝置鎖緊狀態［3］。

液壓油從左缸蓋2 上的進油孔9 進入并作用在活塞1左側端面，推動活塞在軸向方向上向右運動，迫使滑塊5 徑向收縮，滑塊5 對活塞桿7 產生向左的拉力，活塞桿7 帶動與活塞桿相連接的夾具向左運動，從而實現鎖緊裝置的鎖緊動作;當液壓油右缸蓋6 上的進油孔8 進入并作用在活塞1 右側端面和活塞桿7 的左側，對活塞1 產生向左的壓力，滑塊5 在徑向膨脹，同時液壓力向右推動活塞桿7，活塞桿7 從而帶動夾緊裝置向右運動，實現鎖緊裝置的松開。

2 鎖緊方法分析

設備的鎖緊裝置的鎖緊動作主要通過滑塊5、活塞1和活塞桿7 的相對運動來實現，如圖2 所示。

圖2 a、b 接觸面

當滑塊5 處于圖1(b)所示的狀態時，與滑塊5 的接觸面a 采用錐面結構，滑塊5 與活塞1 的接觸面b。在鎖緊狀態中，由于活塞1、活塞桿7 與滑塊5 之間的相互作用，保證了活塞桿被精確夾緊而不松動。這種錐面結構可以在夾緊位置正向自鎖。因夾緊裝置處于自鎖狀態。所以不需要施加額外的夾緊力。其夾緊狀態只有在反向施加壓力的情況下才能松開，從而夾緊不會松動或自行脫落。保證機械設備的正常、安全運轉。圖3 示為滑塊結構圖。

圖3 滑塊結構圖

3 新型液壓缸的特點

1)本液壓缸通過控制缸蓋2、6 上的進、出油孔8、9進入液壓缸體內的液壓油，從而實現夾緊裝置的的鎖緊與松開;

2)鎖緊與松開動作的實現通過液壓力驅動，通過斜面a，b 實現穩定的鎖緊，不需要考慮自鎖角度與液壓油的穩定性問題。可以保證在工作中出現停電等意外情況，刀柄不會自行松脫，從而保證安全性;

3)活塞桿7 的運動行程短，其右側直接連接夾緊裝置，實現鎖緊。

4)活塞1 的運動行程長，其左側桿伸出缸蓋2 之外，可以和外負載連接實現普通缸的往復直線運動功能。

4 結論

液壓傳動在現代機械傳動中應用日益廣泛，液壓驅動裝置具有結構簡單、體積小、質量輕、能傳遞巨力或高力矩、易于實現過載保護等優點。液壓缸是液壓傳動中的執行裝置，能與各種傳動機構相配合，完成復雜的機械運動，所以應用范圍很廣。本設計的液壓缸主要應用于需要穩定夾緊的短工作行程的場合，同時可以適用于長行程的場合。

機械結構的鎖緊可以采用多種形式，如氣壓驅動和機械結構實現夾緊。根據設計的設備要求該液壓缸也可以設計為氣壓缸，氣壓驅動力要小于液壓驅動力，所以可以適用于小型設備的鎖緊場合。

［1］徐灝.機械設計手冊［M］.5 卷.北京:機械工業出版社，1992.

［2］雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京:北京理工大學出版社，1998.

［3］陳秀梅，楊慶東，于瀟客.五軸數控機床銑頭自動松拉刀方法分析研究［J］.中國制造業信息化，2010，39(3):69-71.