安防之家讯：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.
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 4 t 载荷下每 24 h 的下沉量小于 2 mm.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.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.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

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锁紧在锁紧套筒内.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5 mn.
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.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

有双向锁紧和单向锁紧两种形式.双向锁紧，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.
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,这种锁紧形式在自锁式收放鳍油缸等方面得到应用.
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.

单向滚子式锁紧液压缸的结构原理图如图 4 所示.其原理与钢球摩擦式锁紧缸一样，只是将其中的钢球改为腰形滚子.滚珠与缸体内壁的接触是点接触，而腰形滚子与缸体内壁的接触是线接触，采用腰鼓形滚子与缸壁的接触面积较大，其承载能力也较大，缸壁不易受损坏，工作寿命长.因此滚子式锁紧液压缸相对钢球摩擦式锁紧液压缸应用广泛些.不过这两种锁紧液压缸原理比较简单，但其锁紧力、解锁力计算及液压缸设计非常重要，参数选择必须准确，否则可能导致不能锁紧、无法解锁、缸壁受损等问题.
1.5 内涨式锁紧

内涨式锁紧缸，活塞（锁紧套）3 和缸体 2 之间因过盈配合产生巨大的锁紧力锁紧活塞.在锁紧状态下，活塞杆能承受很大的轴向负载，且不发生任何位移.当解锁高压油从解锁油口 a，经导管内孔 c、d、b，最终到达活塞与缸体之间，使缸体 2 向外径向膨胀，此时活塞 3 和缸体 2 之间过盈配合变为间隙配合，实现解锁.解锁状态下，动作油孔 1 可通入液压油，与普通油缸一样工作.当高压油卸除后，活塞重新被缸体内壁卡紧，又实现锁定.这种液压缸从根本上解决了液压缸在承载情况下的长期锁定问题，可在多种军用及民用场合获得广泛应用，具有重要的实用价值.
1.6 卡环式锁紧

当活塞杆 5 在液压力作用下移到终点时，卡环 3 与缸体 4 上的锁槽重合，游动活塞 2 的凸部插入卡环内，卡环胀开并卡入槽内，活塞被锁定.当活塞杆收回时，游动活塞在液压力作用下向左移动，并将卡环松开，卡环在其弹力和活塞杆作用下从锁槽斜面滑出，最终实现解锁.这种锁紧方式只能在终端位置进行锁定.
1.7 楔块-卡环式锁紧

楔块-卡环式锁紧缸缸体分为导向盖、上缸体、上端盖、缸体中段、下缸体、下端盖等六部分.其中导向盖内壁刻有螺旋形导向槽，用以容纳活塞杆的导向销.活塞杆为一整体结构.上出杆与导向槽对应位置开有一穿透孔，中间装上导向销；靠近活塞处加工一定位槽，主要靠该定位槽锁住活塞杆；下出杆的末端有螺纹，用于安装卡钩.锁紧装置由楔块、定位环、卡环组成.楔块是个环形件，可上下运动；定位环由螺钉固定在缸体中段，不能活动；卡环由两个半环拼成，安装在定位环上，其外斜面形状与楔块的楔形相吻合，内表面的斜面形状与活塞杆上定位槽斜面一致.

液压控制回路很简单，只需一个“y”型中位机能的三位四通换向阀和锁紧液压缸相连接，阀的一口接液压缸的中油口，另一口连接在液压缸的上、下油口.

其工作原理是：换向阀一端通电，液压缸的上、下油口通入高压油，中油口与回油连接，压差迫使活塞杆向上运动.由于上有楔块，下有定位环，卡环无法上下运动，只能往两侧“胀开”或“收缩”.当活塞杆的定位槽运动到卡环处时，楔块的侧向力迫使卡环“收缩”进入到定位槽内，同时楔块向下运动锁住卡环，也就同时锁住了活塞杆，当换向阀另一端通电，液压缸的中油口通入高压油，上、下油口与回油连接，压差迫使楔块向上运动，活塞杆向下运动，卡环“胀开”脱离定位槽，即解除了锁定状态，当活塞杆作上下运动时，导向销在螺旋形导向槽内滑动，迫使活塞杆同时相对于缸体转动，从而实现卡钩的自动卡住与脱开.换向阀处于中位时，液压缸的 3 个油口都与回油相连接，活塞杆不受力，因此液压缸将长期保持初始状态.该锁紧液压缸可长期有效工作.

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