液压缸机械锁紧技术新发展

韶关学院学报·自然科学Journal of Shaoguan University ·Natural Science 2010年9月

第31卷第9期Sep.2010Vol.31No.9

液压缸机械锁紧技术新发展

黄长征

（韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关512005）

摘要：机械式锁紧技术是液压缸关键技术之一.根据当前国内外液压缸机械式锁紧技术的研究与应用成果，综合归纳了液压缸机械锁紧技术研究现状，分析了目前机械锁紧技术的种类、结构、原理、特点及应用等，并指出了其关键技术和发展趋势.

关键词：液压缸；锁紧技术；综述

中图分类号：TH137.51文献标识码：A 文章编号：1007-5348（2010）09-0040-05

收稿日期：2010－09－06

基金项目：韶关市技术创新项目(韶科（成）2008-04)

作者简介：黄长征（1970－），男，湖南耒阳人，韶关学院物理与机电工程学院副教授，博士，主要从事现代机电液集成控制理论与技术应用研究.

液压缸是一种驱动并承受大载荷的执行元件，通常要求它在运动停止时能长时间稳定地承受外负载而无任何位移，即需要具有锁紧定位功能、无“软腿”现象.例如，某机动雷达天线座车的自动调平系统，要求液压缸在4t 载荷下每24h 的下沉量小于2mm.实现液压缸锁紧定位功能的方法有两个：一是采用液压锁定回路，即利用O 型或M 型三位换向阀、单向阀、液控单向阀、双向液压锁等组成液压锁紧回路，实现单向或双向锁紧定位功能；二是采用机械锁紧方法实现液压缸的锁紧定位功能［1］.但是液压锁定回路因无法解决液压缸不可避免存在的内泄漏而产生的活塞滑移和稳定性问题，所以只能用于锁紧定位要求不高的场合.对于一些锁紧定位要求较高的场合，特别是要求在载荷作用下长期可靠锁定的场合，就必须采用机械式锁紧液压缸.这是一种特殊的液压缸，采用机械结构实现活塞在外部载荷下在任意位置的长时间、高精度的锁紧定位，即可避免因液压缸内部泄漏而产生的活塞滑移，并且有的锁定装置结构简单，无单独的锁定、解锁回路，简化了液压系统设计，降低了成本，得到了广泛应用［2］.目前液压缸机械式锁紧技术得到了长足发展

.本文针对液压缸机械锁紧技术，分析归纳了其技术现状，阐述了目前存在的问题及发展趋势.1液压缸机械锁紧方式最新发展

目前液压缸机械式锁紧方法有很多，常用的

有套筒式、刹片式、钢球摩擦式、滚子摩擦式、内

涨式、卡环式、楔块-卡环式和锥面-碟簧式锁紧

方法等，分述如下.

1.1套筒式锁紧

其结构如图1所示，在活塞杆外伸部分，装

一个固定在液压缸端盖上一个锁紧套筒，其内孔

与活塞杆的外圆为过盈配合，可使活塞杆被锁紧

在任意位置.锁紧套筒内孔有螺旋槽，槽的两端装有密封圈.锁紧套筒较薄且具有一定弹性.当解锁高压油进入螺旋槽后，在高压油压力的作用下，锁紧套筒径向向外膨胀从而使其与活塞杆的过盈配合变为间隙配合，松开活塞杆，这时活塞杆即可如普通液压缸一样自由移动.若解锁压力油卸除之后活塞杆又被立即自动

第9期

锁紧在锁紧套筒内［2］.这种机构结构简单、性能可靠，在轴线方向和圆周方向均可锁定.目前锁紧负载可达到5MN［3］.

1.2刹片式锁紧

刹片式锁紧装置如图2所示，在液压缸的端盖上有一制动刹片2，它

在碟形弹簧1的作用下被紧紧地压在活塞杆3上，依靠摩擦力抵消活塞

杆的轴向负载，从而使活塞杆锁紧在任意位置.解锁时，压力油进入A

腔，在液压力的作用下碟形弹簧被压缩，并带动制动刹片松开活塞杆，这

时活塞杆即可自由移动.当油压卸去后，又立即自动锁紧活塞杆.这种锁

紧液压缸结构简单，使用寿命长，锁紧力不受环境温度影响，可在（-45～

50）℃条件下正常工作［4］.但锁紧时制动块必须与活塞杆抱紧，可能使活

塞杆表面磨损，从而影响其伸缩运动.

1.3钢球摩擦式锁紧

钢球摩擦式锁紧缸的结构如图3所示，有双向锁紧和单向锁紧两种

形式.双向锁紧如图3（a）所示，活塞杆3中间段开一圈斜面槽，斜面槽内放置若干个钢球4，并用弹簧圈挡住.两斜面槽之间的游动活塞5能游动，当液压缸左腔卸压或无压力且活塞杆在外力作用下有左移趋势时，则左边斜面槽内钢球与缸体内壁紧密挤压，产生足够摩擦力阻止活塞杆左移，实现活塞杆被锁紧功能；当液压缸右腔卸压或无压力且活塞杆在外力作用下有右移趋势时，则右边斜面槽内钢球与缸体内壁紧密挤压，产生足够摩擦力阻止活塞杆右移，实现活塞杆被锁紧功能.当液压缸左腔进压力油时，游动活塞5在压力油作用下先右移，并迫使右边斜面槽内钢球沿斜面槽斜面下滑；然后活塞杆右移，左边斜面槽内钢球沿斜面槽斜面下滑，实现解锁功能.当液压缸右腔进压力油时，游动活塞在压力油作用下先左移，并迫使左边斜面槽内钢球沿斜面槽斜面下滑；然后活塞杆左移，右边斜面槽内钢球沿斜面槽斜面下滑，实现解锁功能.这种液压缸在运动停止不工作时具有双向锁紧功能，而控制油路和普通液压缸一样；但在工作时能自然解锁.若只要求单向锁定功能时，只需一个斜面槽（如图3（b）所示）.

a双向锁紧b单向锁紧

1油孔2缸筒3活塞杆4钢球5游动活塞6弹簧圈7油孔

图3钢球摩擦式锁紧缸原理图

这种液压缸锁紧结构简单、易于实现.解锁过程中，钢球相对缸壁会发生滑动，钢球压入缸壁产生犁沟效应，因此液压缸筒壁会被擦伤；必须限制压入深度以保证液压缸的实际工作性能和寿命不受影响.活塞杆斜面因与钢球有固定的接触部位和斜面的自行补偿作用，即使被压出微小凹坑也不至于影响锁紧效果.所以有较大的实用和推广价值.不过这种结构的主要缺点是缸壁承受正压力很大而易变形破坏，所以其承载能力较差，特别适用于外载荷不太大的场合.如果要求大载荷下双向锁紧功能时，这种结构不是很合适，可考虑采用内涨摩擦式锁紧结构［5］.这种锁紧形式在自锁式收放鳍油缸等方面得到应用［6］.

1.4滚子摩擦式锁紧

因钢球摩擦式锁紧缸承载能力较差，若将其中的钢球改为腰形滚子，即为滚子摩擦式锁紧液压缸.