手动快速便携式超高压液压千斤顶研制

黄长征，张文新

(1.韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关 512005; 2.韶关市赛力乐液压件制造有限公司，广东韶关 512005)

手动快速便携式超高压液压千斤顶研制

黄长征1，张文新2

(1.韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关 512005; 2.韶关市赛力乐液压件制造有限公司，广东韶关 512005)

便携式液压千斤顶广泛应用于抗震救灾、消防救援、起重推移等领域，但体积大，单件部件重，携带不便，活塞动作速度慢，系统压力小。采用阶梯活塞式手动泵和带充液阀的双速液压缸分体式结构改进液压千斤顶，研究了千斤顶最大负载、柱塞上升速度的计算方法。工程实践表明:该产品携带方便，升降快速，单件部件质量小于25 kg、最高系统压力63 MPa，最大负载12×104N，千斤顶上升速度637 mm/min。

液压千斤顶;双速液压缸;手动泵;超高压

在抗震救灾、消防救援、起重推移等领域中需要使用便携式液压千斤顶起重、推移、支撑重物;地下矿山、工程施工需要千斤顶将重物顶起或支撑，以便于救援或安全生产。但是，目前的便携式液压千斤顶一般采用液压缸、液压阀和手动泵一体化结构:体积大，在空间狭窄处，操作不便;质量大，携带不便;液压系统压力低，支撑力不够;空载和加载过程活塞杆移动速度相同，操纵效率不高;即使极少数采用液压缸和泵阀分体式结构，但因液压系统压力低，同等载荷下液压缸体积大、质量大，液压缸单体质量都在75 kg以上，而导致携带不便。目前的矿山、工程施工用的液压千斤顶都配有专门的液压系统，体积大、质量大，携带不便［1－5］。所有这些都将导致降低抢险救灾效率、安全生产效率，造成不必要的生命财产损失。因此，下面介绍一种手动快速便携式多功能超高压大载荷的千斤顶。

1 工作原理及特点

常用便携式液压千斤顶大多采用液压缸、液压阀和手动泵一体化结构，如图1所示。一体化结构使整个设备质量过大，携带不便。手动泵大多采用单活塞结构，如图1中右半部分所示［4］;这种手动泵空载和加载过程活塞杆移动速度相同，操纵效率不高。有的手动泵采用阶梯式活塞、双活塞结构或双作用双级柱塞泵。这些泵的速度均有两级，即无负载时快进、负载时慢进［6］。

图1 传统的液压千斤顶原理图

液压缸执行件部分一般为单作用柱塞缸、双作用液压缸，速度只有一级;极少数采用带充液阀的双速液压缸，如图2所示。在国外，日本理研精机株式会社研制的手动油泵采用的是阶梯活塞式手动泵，执行液压缸是单作用液压缸，采用手动泵和执行机构一体化结构，最高压力70 MPa，速度两级，质量56 kg，体积很小［5］。目前没有一种将双速手动泵和双速液压缸组合在一起的液压千斤顶。作者设计一种基于阶梯活塞式手动泵和带充液阀的双速液压缸的手动快速便携式超高压千斤顶。其工作原理如图3所示:溢流阀11调定压力63 MPa，溢流阀17调定压力1 MPa;空行程无负载时，抬起压杆20，带动小活塞18和大活塞19向上移动，两活塞下的工作油腔容积扩大，形成真空，在大气压作用下油箱10内流体经滤油器14推开单向阀13和15分别流入小活塞18和大活塞19下的工作油腔;压下压杆20时，单向阀13和15关闭，小活塞18和大活塞19下的工作油腔内的压力油分别经单向阀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的截面积和工作油腔A的截面积差不多，所以大柱塞快速上升;同时，大柱塞3的下部与工作油腔B的工作容积扩大，形成真空，油箱9内流体经滤油器9推开单向阀8流入大柱塞3下的空腔。

图2 高效千斤顶原理图

图3 手动快速便携式超高压千斤顶原理图

继续压抬压杆，柱塞继续上升，当柱塞上升触到负载时，工作油腔A和B的油压升高;当该油压升高到1 MPa时，低压溢流阀17溢流，这时压抬压杆20时，从油箱吸入的油液经滤油器14和单向阀15，最终经溢流阀17溢出，不再流入柱塞缸;这时唯有小活塞18工作起作用，从油箱吸入的经滤油器14和单向阀13的油液加压后，推开单向阀12，最终流入柱塞缸;因柱塞缸的柱塞截面积相对小活塞18的截面积大很多，所以压杆压出的压力油最高可达63 MPa。这样就实现了空载空行程时千斤顶柱塞快速上升，而负载时千斤顶柱塞慢速上升，且压力很大、负载很大。

当需要停止上升时，立即停止抬压压杆20，柱塞缸中的油液压力使单向阀8、12、16自行关闭，柱塞立即自锁不动。若要柱塞返回时时，打开截止阀7，在重力作用下，柱塞缸中的油液流回油箱，柱塞复位。

该千斤顶的特征是:(1)采用分体式结构，将手动泵和液压缸执行件两个主要部件分开，采用轻量化技术使手动泵和液压缸两个部件的单体质量降低到25 kg以下，便于携带;(2)采用阶梯活塞式手动泵、带充液阀的双速液压缸及其液控系统，实现空载时活塞杆快速移动而负载时活塞杆慢速移动、系统压力最高63 MPa、最大推力12×104N，比传统千斤顶的升降效率高20倍左右;(3)组装式顶板与活塞杆球头连接，方便支撑;支撑高度可调;(4)液压执行缸安全锁定、卸荷，载荷非正常下降时进行预警; (5)一个手动泵可为多个千斤顶提供压力油。

2 设计计算

2.1 千斤顶最大负载计算

根据杠杆原理，有

式中:l0为压杆总长;

l1为压杆与活塞杆铰接点到压杆与支架铰接点的距离;

F0为压杆尾端手动压下的力;

F1为手动泵活塞杆受到的压下力;

k为压下力放大倍数，k=l0/l1。

根据帕斯卡原理，有

式中:d2为小活塞直径;

D2为大柱塞直径;

p为工作腔中液压压力［1］。

2.2 柱塞上升速度计算

根据质量守恒定律

忽略液体的可压缩性时，ρ1=ρ2，则

式中:d1为大活塞直径;

d0为手动泵活塞杆直径;

D1为小柱塞直径;

h为大、小活塞移动距离，即压杆单次压下距离;

H1为小柱塞单次移动距离;

H2为大柱塞单次移动距离。

大柱塞上升速度为

式中:t为大柱塞上升时间［7－10］。

3 工程实例

某手动快速便携式超高压千斤顶计算实例如表1所示。

表1 手动快速便携式超高压千斤顶计算计算实例

4 结束语

工程应用表明:该手动快速便携式超高压千斤顶设计合理，计算方法正确，已生产试用。产品轻便，快速，系统压力高，负载大。

【1】冷汹涛，余自力.双功率大行程液压千斤顶的结构设计及力学分析［J］.安徽广播电视大学学报，2007(3):121－123.

【2】马苙.高效液压千斤顶［J］.机床与液压，2001(4):82.

【3】严桃平，王建胜.液压千斤顶结构与油路的改进设计［J］.汽车维修，2002(1):44－45.

【4】周福成.新型遥控液压千斤顶的设计［J］.液压与气动，2009(3):40－41.

【5】杨宝富.P－7型手动油压泵的结构介绍［J］.液压与气动，2002(3):18－21.

【6】徐正保，杜盛强.提高液压千斤顶地震救援效率的创新设计［J］.液压与气动，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】傅志红，胡爱武，胡宣哲，等.多速手动液压千斤顶的速度分析［J］.机电产品开发与创新，2008(11):67－69.

【9】谢建，罗治军，田桂，等.基于AMESim的多级液压缸建模与仿真［J］.机床与液压，2010，38(7):126－129.

【10】赵杰，吴百海.水胀成形液压系统分析［J］.机床与液压，2011，39(10):77－79.

【11】丁问司，巫辉燕.铁道车辆油压减振器三维流场动态仿真［J］.机械工程学报，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

广东省科技计划项目重大专项资助项目 (2012A090300011);韶关市科技计划项目 (2011GXH/G09)

黄长征 (1970—)，男，博士，副教授，从事机电液集成控制理论与技术应用研究。E－mail:hczchn@163.com。