手动杠杆式双作用双级柱塞泵

　　手动液压机具,如液压钢筋切断机、液压弯管机等,在工程作业中的应用极为普遍。这些液压机具的动力来源,就是人们常见的手动液压泵。工程上绝大多数工况对这种液压泵的要求,是既能在空行程阶段提供低压大流量液体,以使执行元件快速到达工作位置;又能在工作行程阶段,根据负载变化自动转换为提供高压小流量液体,以使执行元件获得需要的输出力。也就是说,需要液压泵能够提供双级输出压力,且高低压的切换能够根据负载变化自动进行。

　　目前广泛应用的手动液压泵,都是单作用式的。即柱塞在一个往复运动循环中,不可避免地存在一次空行程,这势必造成工作效率低下。此外,斜盘式的多柱塞泵在结构上也过于复杂。基于此,我们根据双作用双级气-液传动增压装置的工作原理[1],设计了一种基于对称阶梯状柱塞的手动杠杆式双作用双级压力泵。这种新型泵基本上克服了传统的双级手动柱塞泵的上述缺点。

　　1　工作原理

　　基于对称阶梯状柱塞的手动杠杆式双作用双级压力泵的工作原理如图1所示。

　　由图中可见,该泵的柱塞在轴向上呈对称阶梯状;并将液体分隔成四个密闭腔:上部小腔、上部大腔、下部小腔、下部大腔。当人手作用力向下压杠杆右端时,杠杆绕固定铰链轴即支点顺时针转动,杠杆左端的球头驱动柱塞向上运动;单向阀1、3吸入液体,上部大腔与小腔通过单向阀6、8,同时向外排出低压液体。反之,当人手作用力向上抬起杠杆右端时,杠杆左端的球头驱动柱塞向下运动,则单向阀2、4吸入液体,下部大腔与小腔通过单向阀5、7,同时向外排出低压液体。排出的低压液体汇合后进入执行装置,使执行元件快速趋近工作部位。一旦执行元件遇到负载,系统压力便会升高,此时单向阀6(或5)会自动关闭,而顺序阀10 (或9)会自动打开;各大腔的液体经相应的顺序阀流回油箱,实现所谓卸荷;各小腔经单向阀8 (或7)排出的高压小流量液体,进入执行装置,使执行元件获得所需要的输出力。

　　由该泵的工作原理不难理解,由于柱塞上下行程中均有压力液体输出,因此,该泵的工作效率显著高于相应的单作用泵。此外,工人在操作该泵的过程中,上抬与下压杠杆的用力较为均衡,不会出现操作单作用泵时忽轻忽重的情况。

　　另外需要提及的是,该柱塞泵的创新是基于科学美学的对称性理念[2,3]。无论从结构还是从控制系统来看,该柱塞泵都呈现出一种平衡、对称、简约、和谐的美感,这是细心的读者不难体会到的。

　　2　设计计算

　　在柱塞的一个往复行程中,图1所示泵以低压大流量供油时的排量qL及以高压小流量供油时的排量qH,可由以下二式计算