電動液壓劈木機液壓系統(tǒng)設(shè)計

孫增忠

(揚州和益電動工具有限公司，江蘇高郵 225600)

隨著液壓控制技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，如：工程機械、機床設(shè)備、機械手等。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，歐洲和美國對電動液壓臥式劈木機需求量較大，因此揚州和益電動工具有限公司決定開發(fā)一款電動液壓劈木機。開發(fā)此產(chǎn)品需要解決兩方面問題：一是要解決歐洲和美國市場壁壘，主要是德國“GS”標準要求;二是要解決液壓機械中的保壓問題。解決好這兩個問題，也是為了使液壓技術(shù)在電動工具中應(yīng)用積累更多的經(jīng)驗，開發(fā)更多的產(chǎn)品。

1 電動液壓劈木機產(chǎn)品特點及技術(shù)方案

1.1 產(chǎn)品特點及方案

電動液壓劈木機是集電動與液壓為一體的電動工具，用于冬天壁爐取暖木柴的劈削，該產(chǎn)品主要由4個部分組成：動力部分、控制部分、執(zhí)行部分、輔助部件。

a．動力部分：電動機、齒輪泵。負責提供整機運動所需的全部動力和液壓力。

b．控制部分：前端蓋部件。前端蓋裝有液壓控制閥、溢流閥和控制手柄等，主要控制執(zhí)行部件的運動方向和系統(tǒng)壓力。

c．執(zhí)行部分：油缸、活塞、活塞桿、滑動架部件等。主要將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能。

d．輔助部件：機架。機架既是一個大的結(jié)構(gòu)件，負責固定劈刀、前后端蓋、油缸、推木座、齒輪泵、左右側(cè)板等，又是液壓系統(tǒng)的油箱，負責裝載液壓油。

1.2 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)

電動液壓劈木機技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 基本技術(shù)參數(shù)

2 電動液壓劈木機技術(shù)問題分析

2.1 安全性能分析

該產(chǎn)品主要銷售歐洲、美國、加拿大等市場。產(chǎn)品進入歐洲必須符合德國“GS”標準，主要是符合安全防護和機械安全方面要求，而劈木機主要是雙手操作安全要求，即必須雙手同時操作，劈木機才工作，松開任一只手推木座必須停止不動，不前進也不后退，松開雙手推木座方可復位。產(chǎn)品出口美國、加拿大，必須要符合美國“UL”或加拿大“CSA”標準，主要是電氣安全要求，相對來說比較容易實現(xiàn)。

2.2 保壓性能分析

這是液壓機械共性問題，也就是實際使用過程中壓力下降問題，其關(guān)鍵是要減少液壓系統(tǒng)內(nèi)部泄漏，提高液壓傳動的傳動比。

2.3 結(jié)構(gòu)及外觀分析

出口產(chǎn)品外觀必須要美觀，而且結(jié)構(gòu)要緊湊，便于移動和運輸，其結(jié)構(gòu)及工作原理是：單相感應(yīng)電動機驅(qū)動齒輪泵產(chǎn)生液壓力，液壓力再由控制系統(tǒng)進入油缸，油缸內(nèi)的活塞和活塞桿作直線位移，推木座在活塞桿帶動下向前勻速運動，將木段推向劈刀，實現(xiàn)劈木動作。

3 電動液壓劈木機產(chǎn)品研制過程中存在的問題及解決方案

a．針對“GS”標準，雙手操作安全要求。首先詳細了解劈木機“GS”標準要求，然后進行有針對性的攻關(guān)，設(shè)計了三位三通液壓控制閥，解決了雙手操作問題。

(1)雙手同時操作，一手按控制閥，一手按電機開關(guān)，推木座向前移動，液壓原理如圖1所示［1］。

圖1 雙手操作液壓原理

(2)一手按住控制閥另一手松開電機開關(guān)或一手松開控制閥另一手按住電機開關(guān)，推木座停止不動，液壓原理如圖2所示［1］。

(3)雙手同時松開，推木座靠油缸內(nèi)彈簧復位，液壓原理如圖3所示［1］。

圖2 單手操作液壓原理圖

圖3 雙手松開液壓原理圖

b．針對電動液壓劈木機中保壓要求，通過提高關(guān)鍵件加工精度，加強重要工序控制手段，來減少液壓系統(tǒng)內(nèi)部泄漏。

(1)齒輪泵。齒輪泵是劈木機液壓系統(tǒng)中的液壓能源，由它向液壓系統(tǒng)提供足夠的液壓力，從而推動執(zhí)行部件對外作功［2］。因此，組成齒輪泵的各個零件——2個端蓋、齒輪、泵體尺寸公差和形位公差，必須得到有效控制，一是控制端蓋齒輪中心距尺寸公差 ±0．02mm、平面度≤0．01mm;二是控制齒輪表面硬度在28～32HRC和平行度≤0．005mm;三是控制泵體齒輪中心距尺寸公差±0．02mm和平行度≤0．005mm，通過對相關(guān)零件進行控制，使系統(tǒng)壓力能夠達到19MPa，保證了齒輪泵能提供足夠的液壓力，同時必須對齒輪泵裝配件液壓力100%進行檢測，液壓力≥19MPa方可進入整機組裝。

(2)液壓控制閥。液壓控制閥控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量和油流方向，它的性能好壞直接影響液壓系統(tǒng)的工作過程和工作特性［2］?？刂崎y由閥套和閥芯組成，關(guān)鍵是控制閥套內(nèi)孔和閥芯外徑的圓柱度≤0．005mm，以及閥芯與閥套的配合間隙，一般間隙≤0．03mm，同時對液壓控制閥總成進行壓力檢測，只有通過19MPa檢測的控制閥總成，方可進入整機組裝。

(3)液壓缸。液壓缸是將輸入的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的轉(zhuǎn)換裝置［2］，是劈木機液壓系統(tǒng)的執(zhí)行部件。由油缸、活塞、活塞桿、端蓋組成，主要控制活塞上格萊圈的密封量，一般為25% ～30%，以及油缸內(nèi)孔和活塞桿外圓圓柱度≤0．05mm，粗糙度 Ra0．4。

c．電動液壓劈木機要求外觀新穎，結(jié)構(gòu)緊湊。

為了產(chǎn)品的美觀和輕便性，對液壓控制閥總成的集成塊、齒輪泵端蓋等零件選材進行了研究和探討，最終確定為鋁壓鑄件。同時將劈木機機架與油箱進行整合。為了方便劈木機的移動，在機器上安裝了滾輪，滾輪安裝在質(zhì)量較重的電機與齒輪泵一側(cè)，并在另一側(cè)設(shè)計了把手，達到了美觀、輕便、移動方便的目的。

4 結(jié)論

液壓技術(shù)在電動工具中應(yīng)用并不多，通過對電動液壓臥式劈木機的成功研發(fā)，了解并掌握了液壓機械保壓必備條件，一是與齒輪泵加工精度和裝配工藝有關(guān);二是與液壓控制總成加工精度有關(guān);三是與油缸加工精度有關(guān)。因此，只要控制好齒輪泵、液壓控制總成、油缸，就能夠?qū)崿F(xiàn)電動液壓劈木機保壓性能。

針對歐盟和美國等市場的技術(shù)貿(mào)易壁壘，只要積極應(yīng)對，認真分析標準要求，并進行技術(shù)改進和創(chuàng)新，就一定能夠達到要求。同時，電動液壓劈木機獲得了國家專利授權(quán)共5項：劈木機外觀設(shè)計，劈木機油缸實用新型，劈木機油箱端蓋密封機構(gòu)實用新型，劈木機劈刀實用新型，劈木機控制閥實用新型，為開發(fā)系列臥式劈木機和立式劈木機奠定了堅實的基礎(chǔ)。

［1］ 張利平．液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計［M］．北京：化工工業(yè)出版社，2005．

［2］ 陳榕林，張磊．液壓技術(shù)與應(yīng)用［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2002．