液压卡爪装置的设计与改进

2022-09-27张燕红

设备管理与维修 2022年17期

苏欣，张燕红

（山东华宇工学院，山东德州 253034）

0 引言

高铁桥梁支座夹装系统斜面增力卡爪提供了一种楔块式自锁液压卡爪装置，巧用斜燕尾结构的优势，充分利用斜燕尾导轨的斜度角小于摩擦角，使工件的夹紧力不会通过斜燕尾导轨传输至油缸活塞。即使有外界因素影响系统断电或者油缸泄压，工件的夹紧力也不会因此撤去，从而保证了加工时工作人员的安全。并且通过蜗轮蜗杆实现伸缩块的调节，保证工作的稳定性。液压卡爪夹取工件采用液压油缸，操作安全而且大大节省了劳动力。此外，卡爪机构能够根据夹取工件的形状、体积进行调节，应用能力强，保障液压卡爪在各种工况下都能顺利应用，充分发挥优势。此机械夹持技术极大程度上解决了使用不便的问题，大大提高了安全性，保证了机械夹持的技术效果，能够提供足够稳定的夹紧力，结构紧凑、夹紧和松开操作方便、动作迅速，具有结构简单、便于维护、稳定性、可靠性好的特点。

1 背景

当今社会，高铁已经成为我国国民首选的一种出行工具。但在高铁迅速发展的同时，也对高铁桥梁支座提出了更高的要求。由于轨道不平、轮轨蛇形等内部激励，列车在高速铁路桥梁上运行时，车桥系统会发生振动，桥梁结构上部的振动会通过桥梁支座传递到桥墩，再由桥墩传递到周围的环境当中，对周围的环境以及建筑物等产生较大影响。因此，桥墩的稳定性变得非常重要，桥墩基础要更夯实、沉降更少。

2 液压卡爪装置结构设计

高铁桥梁支座夹装装置如图1 所示，由固定板（固定装置机构）、蜗杆（连接固定板及带动蜗轮转动）、旋转轴（连接支撑板）、齿轮（固接在旋转轴上）、动力轴（固接有第一压紧块、第二压紧块和第三压紧块）、第一压紧块（压紧工件）、第二压紧块（压紧工件）、第三压紧块（压紧工件）、锁紧柱（设置有与第二压紧块相配合的第二受压块，设置有与第三压紧块相配合的第三受压块）、支撑板（置有与凸起相配合的凹槽）、油缸（储油、提供动力）、活塞（拉动増力楔块）、斜燕尾导轨（连接有与活塞固接的増力楔块）、増力楔块（通过斜燕尾导轨拉动伸缩块）、伸缩块（夹紧待加工工件）。

图1 高铁桥梁支座装夹装置结构示意

卡紧结构包括设置的上压盖内的斜燕尾导轨，斜燕尾导轨上的滑动连接有与活塞固接的増力楔块，在上压盖上滑动连接有与增力楔块相配合的伸缩块。

3 液压卡爪装置优势

3.1 原理

当油缸有活塞杆腔充油时，活塞拉动増力楔块向后运动，増力楔块通过斜燕尾导轨拉动伸缩块退回；当油缸无活塞杆腔充油时，活塞推动増力楔块向前运动，増力楔块会通过斜燕尾导轨推动伸缩块伸出；伸缩块伸出时夹紧待加工工件，夹紧力通过伸缩块传递至斜燕尾导轨，由于斜燕尾导轨斜度角小于摩擦角，工件夹紧力不会通过斜燕尾导轨传递至油缸活塞，从而形成自锁，并且蜗杆能够带动蜗轮、齿条、缩块对行程进行调节，保证对不同长度工件的夹持力，提高工作时的平稳性。即使因为外界因素导致系统断电或者油缸泄压，工件的夹紧力也不会丧失，使工件被松开，提高了工作安全性。

工作流程如图2 所示：先将工件固定于固定板上，并装夹固定板于加工工作台；该装置通过油箱充油提供动力，进行夹紧工件；然后外部加工装置对工件进行加工；工件加工结束后，油箱再次进行卸荷工作，松开工件，工作结束。

图2 高铁桥梁支座装夹装置工作流程

3.2 优势

液压卡爪主体内部置有楔形块和滑块的组合，利用液压缸活塞杆的运动带动楔形块上下移动，从而带动滑块进行横向运动，实现伸缩块的移动，传动效果好、工作效率高。卡爪主体上有驱动滑块移动的液压缸，液压缸内驱动件为楔形块，楔形块上开设有滑槽。液压卡爪夹取工件采用液压油缸实现，能够根据夹取工件的形状、体积进行调节，应用能力强，保障了液压卡爪在各种工况下都能顺利应用，充分发挥优势。另外，通过蜗轮蜗杆能够实现伸缩块的调节，保证工作的稳定性。此机械夹持技术极大程度上解决了同类夹装装置使用不便的问题，大大提高了安全性，能够提供足够稳定的夹紧力，进一步保证了机械夹持的技术效果，结构紧凑、夹紧和松开操作方便、动作迅速。

3.3 性能测试

将该装置的实物模型（图3）完成后，对液压卡爪模型进行了一系列实际性能测试。通过对测试结果进行数据分析，该装置可以高效的完成产品的设计要求。该装置能够有效的实现伸缩块的移动，传动效果好、安全性能高，可以有效的完成对被加工工件的固定，可以通过自身调整完成对不同大小工件的紧密固定，高效满足产品加工时对固定装置的需求。通过对装置的极限性能进行测试，该装置优越性，拥有极强的自锁结构，即使在极限使用的过程中发生损坏，也不会发生对工人的安全产生危害，可以有效的保证人员安全。

图3 高铁桥梁支座装夹装置

3.4 与现有系统对比

现有的同类夹紧固定类产品多数存在加紧可靠性不高、安全性能无保障、工作模式单一等问题。在现有产品的基础上进行改进和优化，最终研究设计出该装置。通过和国内外该类型产品现有系统的对比分析，该产品不仅在加紧可靠性中得到保障加强，在安全性能上更是加入了自锁结构，大大提高了该装置的安全性。

本装置与同类产品相比有以下优势：①夹持的精度高，使用的寿命长，液压卡爪采用全封闭式结构；②夹持力大，夹持范围广。液压卡爪改善了传统液压卡爪夹持力小、力量不稳定的缺点，夹持力大小可调节，稳定可靠；③结构创新，安装方便。采用楔块増力式自锁液压卡爪装置，解决了使用不便的问题，保证了机械夹持的技术效果。

4 液压卡爪装置应用

液压卡爪装置在国外已被大量采用，主要应用范围是加工中心。同时，在高精度数控机床、普通机床的采用数量也在不断增加。本设计采用楔块増力式自锁液压卡爪装置，解决了使用不便的问题，提高了安全性，能进一步保证机械夹持的技术效果，可被大范围推广应用。

本装置可应用于高铁桥梁支座。由于轨道不平、轮轨蛇形等内部激励，列车在高速铁路桥梁上运行时，车桥系统会发生振动，桥梁结构上部的振动会通过桥梁支座传递到桥墩，再由桥墩传递到周围的环境当中，对周围的环境以及建筑物等产生较大影响。本装置可有效解决以上问题，对不同长度工件的夹持力较好，可以保证工作时的稳定性。