手動快速便攜式超高壓液壓千斤頂研制

黃長征，張文新

(1.韶關學院物理與機電工程學院，廣東韶關 512005; 2.韶關市賽力樂液壓件制造有限公司，廣東韶關 512005)

手動快速便攜式超高壓液壓千斤頂研制

黃長征1，張文新2

(1.韶關學院物理與機電工程學院，廣東韶關 512005; 2.韶關市賽力樂液壓件制造有限公司，廣東韶關 512005)

便攜式液壓千斤頂廣泛應用于抗震救災、消防救援、起重推移等領域，但體積大，單件部件重，攜帶不便，活塞動作速度慢，系統壓力小。采用階梯活塞式手動泵和帶充液閥的雙速液壓缸分體式結構改進液壓千斤頂，研究了千斤頂最大負載、柱塞上升速度的計算方法。工程實踐表明:該產品攜帶方便，升降快速，單件部件質量小于25 kg、最高系統壓力63 MPa，最大負載12×104N，千斤頂上升速度637 mm/min。

液壓千斤頂;雙速液壓缸;手動泵;超高壓

在抗震救災、消防救援、起重推移等領域中需要使用便攜式液壓千斤頂起重、推移、支撐重物;地下礦山、工程施工需要千斤頂將重物頂起或支撐，以便于救援或安全生產。但是，目前的便攜式液壓千斤頂一般采用液壓缸、液壓閥和手動泵一體化結構:體積大，在空間狹窄處，操作不便;質量大，攜帶不便;液壓系統壓力低，支撐力不夠;空載和加載過程活塞桿移動速度相同，操縱效率不高;即使極少數采用液壓缸和泵閥分體式結構，但因液壓系統壓力低，同等載荷下液壓缸體積大、質量大，液壓缸單體質量都在75 kg以上，而導致攜帶不便。目前的礦山、工程施工用的液壓千斤頂都配有專門的液壓系統，體積大、質量大，攜帶不便［1－5］。所有這些都將導致降低搶險救災效率、安全生產效率，造成不必要的生命財產損失。因此，下面介紹一種手動快速便攜式多功能超高壓大載荷的千斤頂。

1 工作原理及特點

常用便攜式液壓千斤頂大多采用液壓缸、液壓閥和手動泵一體化結構，如圖1所示。一體化結構使整個設備質量過大，攜帶不便。手動泵大多采用單活塞結構，如圖1中右半部分所示［4］;這種手動泵空載和加載過程活塞桿移動速度相同，操縱效率不高。有的手動泵采用階梯式活塞、雙活塞結構或雙作用雙級柱塞泵。這些泵的速度均有兩級，即無負載時快進、負載時慢進［6］。

圖1 傳統的液壓千斤頂原理圖

液壓缸執行件部分一般為單作用柱塞缸、雙作用液壓缸，速度只有一級;極少數采用帶充液閥的雙速液壓缸，如圖2所示。在國外，日本理研精機株式會社研制的手動油泵采用的是階梯活塞式手動泵，執行液壓缸是單作用液壓缸，采用手動泵和執行機構一體化結構，最高壓力70 MPa，速度兩級，質量56 kg，體積很小［5］。目前沒有一種將雙速手動泵和雙速液壓缸組合在一起的液壓千斤頂。作者設計一種基于階梯活塞式手動泵和帶充液閥的雙速液壓缸的手動快速便攜式超高壓千斤頂。其工作原理如圖3所示:溢流閥11調定壓力63 MPa，溢流閥17調定壓力1 MPa;空行程無負載時，抬起壓桿20，帶動小活塞18和大活塞19向上移動，兩活塞下的工作油腔容積擴大，形成真空，在大氣壓作用下油箱10內流體經濾油器14推開單向閥13和15分別流入小活塞18和大活塞19下的工作油腔;壓下壓桿20時，單向閥13和15關閉，小活塞18和大活塞19下的工作油腔內的壓力油分別經單向閥12和16一起流入小柱塞2的中心孔，最后流入小柱塞2上方的工作油腔A，因大活塞19的截面積和工作油腔A的截面積差不多，所以大柱塞快速上升;同時，大柱塞3的下部與工作油腔B的工作容積擴大，形成真空，油箱9內流體經濾油器9推開單向閥8流入大柱塞3下的空腔。

圖2 高效千斤頂原理圖

圖3 手動快速便攜式超高壓千斤頂原理圖

繼續壓抬壓桿，柱塞繼續上升，當柱塞上升觸到負載時，工作油腔A和B的油壓升高;當該油壓升高到1 MPa時，低壓溢流閥17溢流，這時壓抬壓桿20時，從油箱吸入的油液經濾油器14和單向閥15，最終經溢流閥17溢出，不再流入柱塞缸;這時唯有小活塞18工作起作用，從油箱吸入的經濾油器14和單向閥13的油液加壓后，推開單向閥12，最終流入柱塞缸;因柱塞缸的柱塞截面積相對小活塞18的截面積大很多，所以壓桿壓出的壓力油最高可達63 MPa。這樣就實現了空載空行程時千斤頂柱塞快速上升，而負載時千斤頂柱塞慢速上升，且壓力很大、負載很大。

當需要停止上升時，立即停止抬壓壓桿20，柱塞缸中的油液壓力使單向閥8、12、16自行關閉，柱塞立即自鎖不動。若要柱塞返回時時，打開截止閥7，在重力作用下，柱塞缸中的油液流回油箱，柱塞復位。

該千斤頂的特征是:(1)采用分體式結構，將手動泵和液壓缸執行件兩個主要部件分開，采用輕量化技術使手動泵和液壓缸兩個部件的單體質量降低到25 kg以下，便于攜帶;(2)采用階梯活塞式手動泵、帶充液閥的雙速液壓缸及其液控系統，實現空載時活塞桿快速移動而負載時活塞桿慢速移動、系統壓力最高63 MPa、最大推力12×104N，比傳統千斤頂的升降效率高20倍左右;(3)組裝式頂板與活塞桿球頭連接，方便支撐;支撐高度可調;(4)液壓執行缸安全鎖定、卸荷，載荷非正常下降時進行預警; (5)一個手動泵可為多個千斤頂提供壓力油。

2 設計計算

2.1 千斤頂最大負載計算

根據杠桿原理，有

式中:l0為壓桿總長;

l1為壓桿與活塞桿鉸接點到壓桿與支架鉸接點的距離;

F0為壓桿尾端手動壓下的力;

F1為手動泵活塞桿受到的壓下力;

k為壓下力放大倍數，k=l0/l1。

根據帕斯卡原理，有

式中:d2為小活塞直徑;

D2為大柱塞直徑;

p為工作腔中液壓壓力［1］。

2.2 柱塞上升速度計算

根據質量守恒定律

忽略液體的可壓縮性時，ρ1=ρ2，則

式中:d1為大活塞直徑;

d0為手動泵活塞桿直徑;

D1為小柱塞直徑;

h為大、小活塞移動距離，即壓桿單次壓下距離;

H1為小柱塞單次移動距離;

H2為大柱塞單次移動距離。

大柱塞上升速度為

式中:t為大柱塞上升時間［7－10］。

3 工程實例

某手動快速便攜式超高壓千斤頂計算實例如表1所示。

表1 手動快速便攜式超高壓千斤頂計算計算實例

4 結束語

工程應用表明:該手動快速便攜式超高壓千斤頂設計合理，計算方法正確，已生產試用。產品輕便，快速，系統壓力高，負載大。

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【2】馬苙.高效液壓千斤頂［J］.機床與液壓，2001(4):82.

【3】嚴桃平，王建勝.液壓千斤頂結構與油路的改進設計［J］.汽車維修，2002(1):44－45.

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【5】楊寶富.P－7型手動油壓泵的結構介紹［J］.液壓與氣動，2002(3):18－21.

【6】徐正保，杜盛強.提高液壓千斤頂地震救援效率的創新設計［J］.液壓與氣動，2010(10):44.

【7】ZHANG Xi，LIU Jie，WANG Zongyong，et al.The Research of the Evaluation System for the Sealability of Hydraulic Supports and Jacks'Seals［J］.Journal of Coal Science and Engineering(China)，2011，17(1):104－106.

【8】傅志紅，胡愛武，胡宣哲，等.多速手動液壓千斤頂的速度分析［J］.機電產品開發與創新，2008(11):67－69.

【9】謝建，羅治軍，田桂，等.基于AMESim的多級液壓缸建模與仿真［J］.機床與液壓，2010，38(7):126－129.

【10】趙杰，吳百海.水脹成形液壓系統分析［J］.機床與液壓，2011，39(10):77－79.

【11】丁問司，巫輝燕.鐵道車輛油壓減振器三維流場動態仿真［J］.機械工程學報，2011，47(6):130－137.

Study on the Quick Portable Ultrahigh Pressure Manual Hydraulic Jack

HUANG Changzheng1，ZHNAG Wenxin2
(1.School of Physics and Mechanical＆Electrical Engineering，Shaoguan University，Shaoguan Guangdong 512005，China; 2.Shaoguan Salile Hydraulic Element Manufacturing Co.，Ltd.，Shaoguan Guangdong 512005，China)

The original portable hydraulic jack is often applied in earthquake relief work，rescue，hoisting and push，but its volume and single unit weight are big，its support force is not enough，its work efficiency is low，and it is not portable.An ultrahigh pressure manual hydrauliac jack based on ladder piston hand pump and hydraulic double speed cylinder with prefill valve was put forwarded.And the calculation methods for the maximun jack's load and plunger speed were studied.The practical application shows that its single unit weight is less than 25 kg，its pressure is 63 MPa，its support force is 12×104N，its plunger speed is 637 mm/min，and it is portable.

Hydraulic jack;Double speed cylinder;Manual jack;Ultrahigh press

TH137.5

B

1001－3881(2014)8－081－3

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.027

2013－05－03

廣東省科技計劃項目重大專項資助項目 (2012A090300011);韶關市科技計劃項目 (2011GXH/G09)

黃長征 (1970—)，男，博士，副教授，從事機電液集成控制理論與技術應用研究。E－mail:hczchn@163.com。