1、液压英才网 用心专注、服务专业液压英才网 用心专注、服务专业对于拆、装力矩很大的紧固件，传统的人工作业由于剧烈的振动和噪声，极易损伤毗邻的零部件，影响甚至破坏原结构的力学平衡；同时，难以根据设计要求准确地控制装配力矩。研制便于紧固件装卸的现代化工程实用工具 便携式大转矩液压扳手，具有很大的应用前景和市场潜力。液压扳手这种专用设备，要求能够在输出强大转矩的同时，还需重量轻，结构紧凑，使用安全、方便，操作灵活，工作可靠，通用性强，能适用于多种工作对象。根据实际作业要求，对液压扳手的设计要求主要有：能够输出强大转矩(50 kNm 以上) ，尤其使：其执行机构的重量轻，结构紧凑，为便于单人操作，执行机
2、构的重量控制在60 kg 以内；采用超高压液压系统，关键零部件采用超高强度工程材料。2 液压扳手的组成和工作原理液压扳手由电机组合泵站和执行机构两大部分组成。紧固件的拆、装作业实际上属于单向间歇运动。如图1所示，工作时，调整好多功能反力臂10，液压泵站的高压油通过旋转油管接头 8进入液压缸9，活塞杆7推动连接叉 6并带动销轴 5在机壳1内壁的滑道4 中移动，从而使摇臂组合机构3摆动，由方轴2输出力矩，通过系列化设计的套筒组件带动紧固件转动，完成紧固件的拆、装作业。1机壳2 方轴 3摇臂组合机构4滑道5 销轴6连接叉7活塞杆8油管接头9 液压缸 lO反力臂图1 液压扳手执行机构如图2所示，高压油
3、通过高压泵、单向阀、三位四通电磁换向阀的右位进入液压缸的无杆腔，推动活塞及活塞杆运动；当行程终点时，压力增高使压力继电器1YJ 发出信号，使2DT 和4DT 通电、1DT 断电，电磁换向阀被换为左位，液压油通过低压泵、单向阀、三位四通电磁换向阀的左位进入液压缸的有杆腔，使活塞及活塞杆退回；当行程终点时，压力增高使压力继电器2YJ 发出信号，使1DT 和3DT 通电、4DT 断电，电磁换向阀换为左位，进入下一个作业循环。由于系统采用双联泵，即高压、小流量的高压泵和低压、大流量的低压泵，可以使得扳手慢速推进，快速退回，具有较高的作业效率。图2 液压扳手超高压液压系统原理图3 偏心液压缸的设计31
4、偏心液压缸的设计特点为了保证液压扳手，特别是其执行机构要求重量轻，结构紧凑，操作灵活、方便的特点，应尽量缩小作业空间。因此在传统液压缸结构的基础上，采取了特殊的结构形式，其主要特点是：(1)在缸壁中设计液压油道。液压缸一般是进、出油口分置，并分别配置接头和油管。现将进、出油口合并，慢速推进时统一由旋转油管接头(图1) 将液压泵站的液压油输入给液压缸的无杆腔，同时将有杆腔的液压油输回油箱。快速退回时由旋转油管接头将液压泵站的液压油输入给液压缸的有杆腔，同时又将无杆腔的液压油输回油箱。这样，不仅减轻重量，提高操作的灵活性，极大地缩小扳手的作业空间，而且十分有利于多功能反力臂的布置和调整；(2)缸筒
5、截面的外圆与内圆圆心之间设计偏心 e(如图 3)，即形成不均匀壁厚。由于采用超高压液压系统，作业时，缸壁油道和缸筒内壁都会受到很大内压力的作用，因此采用偏心液压缸，能很大程度上改善缸筒整体的内力分布和减小缸筒的平均应变；图3 偏心液压缸缸体简图(3)缸盖与缸筒一体成型。这样能够简化结构减小扳手的外廓尺寸，同时增强液压缸的整体刚度，降低变形。32 偏心液压缸的内力分析对称截面缸筒在缸壁中设计油道，考虑到油压和缸壁的强度等因素，油道孑 L 径较小，而采用偏心截面缸筒，可使油道侧的壁厚相应增大，同时可相应加大油道孑 L 径。这样不但很大程度上减小了沿程压力损失，节约能源，而且较好地改善了缸筒的应力分
6、布，减小平均应力及平均应变。液压英才网 用心专注、服务专业液压英才网 用心专注、服务专业现采用有限元法，利用大型数值分析软件 ANSYS 对液压缸筒进行分析计算。图4a 为缸壁带小孔径油道的对称截面缸筒的应力分布图(Mises 应力) ；图4b 为缸壁带较大孑 L 径油道的偏心截面缸筒的应力分布图(Mises 应力 )。可以对比看出：图 4b 最大总应变在0 04mm 以下，完全满足使用要求；缸筒的应力分布与图4a 对比，有显著的改善，平均应力有明显降低。两者的最大 Mises 应力基本相同(400 MPa 左右)，这主要是油口和油道交口处应力集中所致，可通过工艺措施加以改善。图4 缸筒的应用力分布图4 结束语为满足液压扳手输出转矩大、重量轻、安全和操作灵活以及通用性强的设计要求，在采用超高压液压系统设计和高强度材料的同时，还需对其结构形式、设计方案等进行相应的创新性设计和研究。(1)采用超高压液压系统，对液压扳手在减轻重量、保证强大输出转矩等方面具有重要作用，但同时对密封、控制元件等有较高的要求；(2)单向间歇运动的液压控制回路也可采用电液换向阀(双联泵中低压泵控制液动部分) 等；(3)为降低超高压液压缸的应力水平、改善应力分布，提高其安全性、可靠性及使用寿命，除本文的设计方法外，还可进一步研究多种切实可行的设计方案和措施，如自增强设计等，并努力在理论上进行归纳和发展
