應(yīng)急救援液壓破拆工具高壓動力單元設(shè)計

魏建義，周旭輝，李芳，任清海，牛振華

(河南省安陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南安陽455000)

隨著社會的發(fā)展，人類面臨的挑戰(zhàn)日益增多，除了來自自然界的災(zāi)難事故如地震、臺風(fēng)、海嘯等傳統(tǒng)威脅外，現(xiàn)代高速發(fā)展的社會，事故災(zāi)難數(shù)目近年呈現(xiàn)上升趨勢，例如交通事故、工業(yè)事故、礦山事故、恐怖襲擊等都在威脅人的生命安全。在處置各類突發(fā)事件組織應(yīng)急救援時，往往時間就是生命。這就對應(yīng)急救援裝備的性能和工作效率提出了嚴(yán)格要求。在各種救援設(shè)備中，以液壓為動力的破拆設(shè)備占有很大比例，例如有切斷器、剪切器、擴張器、開門器、縫隙擴大器等種類，這類設(shè)備一般由液壓泵驅(qū)動，工作壓力為70 MPa 或更高，結(jié)構(gòu)一般設(shè)計為執(zhí)行部分與動力單元分離，工作時通過高壓膠管相連接。液壓動力單元輸出壓力油，控制執(zhí)行部分的動作，屬于系統(tǒng)中的核心部分。

1 應(yīng)急救援用液壓動力單元的功能要求

根據(jù)應(yīng)急救援設(shè)備的使用特點，對于此類液壓動力單元提出以下要求:輸出的壓力為70 MPa 或更高，例如一些液壓工具的工作壓力已達(dá)到200 MPa。原動機優(yōu)先選用內(nèi)燃機。因為應(yīng)急救援時救援條件有限，往往無法及時接通電源，因此，液壓動力單元應(yīng)設(shè)計為內(nèi)燃機驅(qū)動，一般使用高效四沖程汽油機。這樣使用靈活方便，適用性強;外形小巧、輕便、結(jié)構(gòu)堅固，便于攜帶及適應(yīng)野外作業(yè);壓力輸出穩(wěn)定，耐用度高，可靠性高。動力單元應(yīng)設(shè)計成可控制單作用液壓缸或雙作用液壓缸，以適應(yīng)不同工具頭，通用性強。

2 液壓動力單元液壓原理

該動力單元的液壓原理圖如圖1 所示，液壓系統(tǒng)基本由5 個部分組成:低壓泵源、換向調(diào)壓回路、增壓控制單元回路、外接執(zhí)行器(液壓剪)及電控部分。

圖1 動力單元液壓原理圖

2.1 低壓泵源

該部分由小排量齒輪泵2、四沖程汽油發(fā)動機4、系統(tǒng)安全閥3 及過濾裝置、液位開關(guān)等附件組成，其作用是儲存液壓油及產(chǎn)生穩(wěn)定的低壓基礎(chǔ)壓力(最高15.5 MPa，一般使用10.0 MPa)。這個壓力是增壓器的進油壓力和雙作用液壓缸執(zhí)行器的回程壓力。安全閥3 限定系統(tǒng)最高壓力，保護原動機。

2.2 換向調(diào)壓回路

該部分由二位四通換向閥7、溢流閥6 組成，其作用是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的低壓壓力、控制增壓器的增壓與泄壓動作、控制執(zhí)行器液壓缸的伸出與縮回動作。根據(jù)外接執(zhí)行器的種類采取不同的油路連接方式，如果執(zhí)行器的形式為彈簧復(fù)位液壓缸，油路連接如原理圖中實線部分，液壓缸通過一根油管與增壓單元H 油口聯(lián)接。如果執(zhí)行器為雙作用液壓缸，油路連接如原理圖中虛線所示，H 口聯(lián)接液壓缸無桿腔，Z 油口連接液壓缸有桿腔。液壓換向閥選用H 型中位機能，可以實現(xiàn)汽油機空載啟動及油缸復(fù)位。

2.3 增壓單元

該部分主要由震蕩式自動增壓器8 組成，主要是實現(xiàn)連續(xù)增壓到設(shè)定值壓力的功能。其輸入壓力就是系統(tǒng)的低壓壓力，該壓力可以通過溢流閥6 進行調(diào)節(jié)，其輸出壓力為輸入壓力的B 倍，B 值為該增壓器的增壓比，對于確定的增壓器而言，該值為一常數(shù)。增壓器選擇配置有旁通閥DV 的類型，可以實現(xiàn)在出口壓力低于系統(tǒng)基礎(chǔ)壓力時快速向增壓器下游管路充液，顯著縮短壓力的建立時間，提高工作效率。增壓器的液壓原理如圖2 所示，它主要由增壓活塞、控制閥組、旁通閥DV 組成。具體液壓動作機能可參考相關(guān)技術(shù)資料。

圖2 增壓器液壓原理圖

2.4 外接執(zhí)行器

外接執(zhí)行器為應(yīng)急救援工具的工作部件，主要包括液壓缸驅(qū)動的各種剪刃、分離擴張器等，一般設(shè)計為一體緊湊結(jié)構(gòu)，通常上面安裝有控制按鈕盒，可方便操作液壓動力單元的各種動作。根據(jù)液壓缸的類型可以分為雙作用缸及彈簧復(fù)位缸，外接執(zhí)行器與液壓動力單元之間通過高壓軟管聯(lián)通。

2.5 電控部分

系統(tǒng)電控部分由各種操控元件、檢測顯示元件及微型可編程控制器組成，可以方便監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)(壓力、液位、蓄電池電壓等)及實現(xiàn)程序控制。

3 高壓動力單元設(shè)計性能特點

液壓動力單元實物圖見圖3。

圖3 液壓動力單元實物圖

3.1 設(shè)計特點

與其他類似產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品具有以下特點:首先是實現(xiàn)高壓的方式不同。大多數(shù)高壓泵站通過微小型高壓徑向柱塞泵實現(xiàn)壓力輸出，而此方案則采用自動增壓器，突出優(yōu)點是系統(tǒng)泵閥元件完全使用中低壓通用元件，工藝成熟、價格低廉、可靠性高，而增壓器及汽油機則選用國際知名品牌產(chǎn)品，經(jīng)久耐用，綜合而言整機造價適中，性價比高;其次，此液壓動力單元可以配套雙作用液壓缸及單作用液壓缸的執(zhí)行工具頭使用，通用性強;再次，此系統(tǒng)壓力高，根據(jù)實際情況可配置不同規(guī)格的增壓器，系統(tǒng)最高輸出壓力可達(dá)200 MPa，并且壓力調(diào)節(jié)方便;最后，操控便捷，例如汽油機啟動可以采用手動發(fā)動及電啟動方式。整機結(jié)構(gòu)緊湊，防護堅固齊全(充分考慮防水防潮)，儀表顯示齊全，整機凈重約55 kg，攜帶方便。

3.2 主要性能參數(shù)

汽油機功率:4.045 kW (5.5 馬力)、3 600 r/min、齒輪泵排量:4.1 mL/r;系統(tǒng)低壓流量:12 L/min，高壓流量:0.3 L/min;系統(tǒng)最高輸出壓力:200 MPa (根據(jù)液壓工具適時調(diào)整與裝配);液壓油箱容積:10 L;傳動介質(zhì):ISO-VG22 高黏度指數(shù)專用工具液壓油。

4 結(jié)論

經(jīng)過整機測試與實際效果驗證，該液壓動力單元升壓迅速、連續(xù)使用系統(tǒng)溫升小、與各類液壓工具(切斷器、剪斷器)配合時動力強勁，完全滿足實際需要。但由于汽油引擎特點，工作時引擎噪聲較大，但考慮到該設(shè)備主要用于戶外，該缺陷亦可接受。

［1］路甬祥．液壓氣動技術(shù)手冊［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2004．

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

［3］曹玉平，閻祥安．液壓傳動及控制［M］．天津:天津大學(xué)出版社，2009．

［4］徐從清，王爾湘．液壓與氣動技術(shù)［M］．西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010．

［5］丹麥miniBOOSTER 公司技術(shù)資料．