可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級增力手動液壓千斤頂

付春梅

(常州輕工職業技術學院，江蘇 常州 213164)

可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級增力手動液壓千斤頂

付春梅

(常州輕工職業技術學院，江蘇 常州 213164)

摘要：介紹了一種新型的可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級増力手動液壓千斤頂的工作原理，給出了其輸出力計算公式并做了力學計算舉例。該新型千斤頂空載時速度大，負載時輸出力大，與傳統手動液壓千斤頂相比，增力效果明顯，工作效率顯著提高；筆者之前曾設計的杠桿-鉸桿二級增力手動液壓千斤頂中含有5個活動構件，該新型可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級増力手動液壓千斤頂增力效果更加明顯，而且只用3個活動構件即可，結構更加簡單。

關鍵詞：手動液壓千斤頂；杠桿；肘桿；増力機構；壓力；流量

手動液壓千斤頂是涉及各行各業的通用工具，廣泛應用于機械加工、鐵路、建筑、汽車維修和起重運輸等各個領域[1-2]。使用杠桿手柄，將密封在液壓缸中的液體作為介質，通過把液壓能轉換為機械能從而將重物向上頂起。

目前工廠里常用的傳統手動液壓千斤頂如圖1所示，其存在的技術問題主要是：空行程和負載行程的速度基本相同，不能區分空載和負載。而且傳統液壓千斤頂空載趨近所需頂舉重物的時間通常大于頂舉時間，工作效率低下，費時費力，導致應用范圍狹窄[3]。因此，傳統手動液壓千斤頂存在著速度與力量相對立的矛盾。為了解決這一矛盾，筆者之前曾設計了如圖2所示的杠桿-鉸桿二級增力手動液壓千斤頂[4]，該液壓千斤頂雖然具有空載時速度大，負載時輸出力大的優點，但是卻增加了鉸桿與連桿的數量，包括活塞桿在內共含有5個運動構件，造成千斤頂的總體結構復雜，制造工藝性差。基于此，本文設計了一種利用杠桿-肘桿二級增力機構的可變壓力與流量的新型手動液壓千斤頂，這種新型手動液壓千斤頂的運動構件與圖1所示的傳統手動液壓千斤頂一樣，只有3個運動構件。

圖1　傳統的手動液壓千斤頂

圖2　杠桿-鉸桿二級増力手動液壓千斤頂

1工作原理

本文設計的新型手動液壓千斤頂的工作原理如圖3所示。從圖3可以看出，杠桿手柄、肘桿、小活塞、小缸體、單向閥1和單向閥2組成了手動液壓泵；大活塞和大缸體組成了舉升缸；活塞和缸體之間保持良好配合，實現可靠的密封。

圖3　可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級增力　手動液壓千斤頂的工作原理圖

如圖3a所示位置，當向下壓動杠桿手柄，使鉸接在其上的肘桿拖動小活塞向右移動，小缸體內活塞左腔密封容積增大形成局部真空時，單向閥2打開，油箱中的油在大氣壓力的作用下通過吸油管進入小缸體的活塞左腔，完成一次吸油動作，此時機構位置如圖3b所示。當用力向上抬杠桿手柄時，鉸接在其上的肘桿推動小活塞向左移動，其左腔密封容積減小，油壓升高，單向閥2關閉，單向閥1打開，油液進入大缸體下腔，驅動大活塞使重物上升一段距離，完成一次壓油動作。反復地抬、壓杠桿手柄就能使油液不斷地被壓入大缸體，使重物不斷升高，達到起重的目的。如將放油閥旋轉90°(在實物上放油閥旋轉角度是可以改變的)，大活塞可以在自重和外力的作用下實現回程。

在完成壓油動作使杠桿與肘桿接近水平共線的瞬間，繼續向上抬杠桿手柄，肘桿拖動小活塞向右移動，又完成一次吸油動作，此時機構處于圖3b所示的另一個極限位置。當繼續向下用力壓動杠桿手柄時，肘桿推動小活塞向左移動，又完成一次壓油動作。

圖3所示機構中的傳動角φ與壓力角α較大時是一個行程放大機構，φ與α較小時是一個力放大機構。利用這一特點，當千斤頂空載時，人手操縱杠桿使其擺動幅度較大，則φ與α的變化范圍較大，這時手動液壓泵是低壓大流量泵，所以大活塞的運動速度變快；大活塞上部接觸到重物時人手能夠感知到，此時可操縱杠桿使其擺動幅度減小，即φ與α的變化范圍較小，將手動液壓泵自動轉換為高壓小流量泵，因而大活塞的運動速度變慢，輸出力相應提高。

2力學計算

通過建立力學模型可得如圖3所示新型手動液壓千斤頂的實際推力Fo3的計算公式為：

(1)

3計算舉例

從式1可以看出，在該新型手動液壓千斤頂中，液體作用在大缸體大活塞上推力的大小取決于壓力角α和傳動角φ的變化范圍。α與φ變化范圍大，則推力小，速度快；α與φ變化范圍小，則推力大，速度慢。例如，取D=100mm，d=20mm，l1=500mm，l2=100mm，Fi=200N，αmin=7°，φmin=10°，l肘桿=200mm，r=10mm，可計算得出大活塞上的推出力Fo3≈68.7kN。

當大活塞接近所需頂舉的重物時，若傳統的手動液壓千斤頂和杠桿-鉸桿二級增力手動液壓千斤頂中D、d、l1、l2取相同參數，則可參照文獻[4]得出推力分別是：Fo1=20.6kN，Fo2≈44.2kN。

經上述比較可以看出，利用機械增力機構與液壓傳動技術相結合[6-7]的可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級増力手動液壓千斤頂可獲得較之圖1所示傳統手動液壓千斤頂3倍多的推力，較之圖2所示杠桿-鉸桿二級增力手動液壓千斤頂1.5倍多的推力，增力效果明顯。

4結語

本文所提出的利用機械增力機構與液壓傳動技術相結合的可變壓力與流量的杠桿-肘桿二級増力手動液壓千斤頂解決了傳統液壓千斤頂中存在的速度與力量相對立的矛盾，能夠做到空載時速度大，負載時輸出力大。與傳統手動液壓千斤頂相比，工作效率明顯提高；與之前設計的杠桿-鉸桿二級增力手動液壓千斤頂相比，液壓泵部分的運動構件由5個減少到3個，結構明顯簡化，并可起到更好的增力效果，在工程領域有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1] 胡愛武. 基于力與速度協調的新型手動機具的研發[D]．長沙：中南大學，2007.

[2] 胡愛武，王艾倫，胡真華. 手動機具力量與速度統一的創新設計方案[J].機電產品開發與創新，2006(2)：21-22，26.

[3] 傅志紅，胡愛武，胡宣哲.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.

[4] 付春梅，鐘康民.杠桿-鉸桿二級增力手動液壓千斤頂[J].液壓與氣動，2012(10)：102-104.

[5] 林文煥，陳本通.機床夾具設計[M].北京：國防工業出版社，1987.

[6] 張明哲，王兵，鐘康民. 手動杠桿式雙作用雙級柱塞泵[J]. 機床與液壓，2006(2)：133-134.

[7] 付春梅. 氣動肌腱驅動的杠桿-鉸桿式二次增力機構[J]. 液壓與氣動，2005(1)：36-37.

責任編輯鄭練

Variable Pressure and Flow Manual Hydraulic Jack with Two-step Force Amplifier Usin Lever-toggle

FU Chunmei

(Changzhou Institute of Light Industry Technology, Changzhou 213164, China)

Abstract:The working principle of a new type of variable pressure and flow manual hydraulic jack with two-step force amplifier using lever-toggle was introduced, the output force calculating formula was given and the mechanical calculation example was made．The new jack has advantages of high speed in the situation without load and great power in the situation with large load. Compared with traditional manual hydraulic jack，force amplifier effect is obvious and work efficiency is improved significantly. The previously designed manual hydraulic jack with two-step force amplifier using lever-toggle contains five active components and the force amplifier effects of the new type of variable pressure and flow manual hydraulic jack with two-step force amplifier using lever-toggle were more obvious. It contains only three active components. The structure of the new pump is very simple.

Key words:manual hydraulic jack, lever, toggle, force amplifier, pressure, flow

收稿日期：2014-06-18

作者簡介：付春梅(1980-)，女，碩士研究生，講師，主要從事機電液一體化技術等方面的研究。

中圖分類號：TH 137

文獻標志碼：B