杠杆-铰杆二级增力手动液压泵

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Hand Pump with Two-step Force Amplifier Using Lever-toggleFU Chunmei .ZHONG Kangmin(1.Changzhou Institute of Light Industry Technology，Changzhou Jiangsu 213164，China；2.School of Mechanical and Electronic Engineering，Soochow University，Suzhou Jiangsu 215021，China)Abstract：The working principle of a new type of hand pump witl two-step force amplifer using lever-toggle was introduced，thecalculating formulae of the displacement and output pressure were given.Th e new pump Can provide high-flow liquid tl low-pressurein vacant path stage，and Can provide small-flow liquid with high-pressure in working stroke stage. Compared with traditional han dpump，work eficiency is improved significantly。

Keywords：Hand pump；Lever；Toggle；Force amplifer手动液压泵是-种简单方便的液压动力源，广泛应用于建筑、煤炭冶金、石化、电力、机械等行业。

例如 ，建筑工地上常用的钢筋剪断机，就是以手动液压泵作为液压动力源。工程上绝大多数工况对手动液压泵的要求，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，以使执行元件获得较大的输出力。

执行元件(a)开始下压阶段图1所示为传统的单级压力手动液压泵的工作原理。这种单级压力泵存在的主要技术问题是：空行程阶段流量小，作业效率低。双级压力泵 虽然能够克服这-缺点，但却增加了柱塞与单向阀的数量，造成泵的总体结构复杂，制造工艺性差。基于此，作者设计了-种利用杠杆 -铰杆二级增力机构 的手动液压泵。

执行元件图 1 传统手动液压泵(b)工作行程阶段收稿日期：2012-03-23基金项目：2012年度江苏省高校 青蓝工程”资助项目作者简介：付春梅 (1980-)，女，硕士，讲师，研究方向为机电液-体化技术。E-mail：53347009###qq.com。

· 110· 机床与液压 第 41卷工作原理 作原理如图2所示。

基于杠杆-铰杆二级增力机构的手动液压泵，工(a)开始下压阶段图2 杠杆 -铰杆二级增力手动液压泵由图中可见 ，杠杆手柄 1、连杆 2、铰杆 3和 4构成的增力机构与柱塞5铰接，柱塞和缸体之间保持良好配合，实现可靠的密封。当抬起杠杆手柄 1时，铰接在其上的连杆2提起铰杆3、4，进而拖动柱塞5向右移动，泵体左边密封容积增大负压，单向阀6打开，油箱中的油在大气压力的作用下 ，通过吸油管进入泵腔，完成-次吸油动作。当用力压下杠杆手柄 1时，铰接在其上的连杆 2压下铰杆 3、4，进而推动柱塞5向左移动，缸体左边的密封容积减小，单向阀6关闭，单向阀 7打开，排出具有-定压力 的液体 ，进入执行装置，完成-次压油动作。如将放油阀8旋转90。(在实物上放油阀旋转角度是可以改变的)，可将输出的油液返回到油箱。

铰杆机构的压力角 较大时，是-个行程放大机构；0c较小时，是-个力放大机构。利用这-特点 ，当开始用力向下压动杠杆手柄时，人手操纵杠杆使其摆动幅度较大，则 角的变化范围较大 ，柱塞 5的运动速度快 ，满足了工况中的空行程阶段提供低压大流量液体的需要 ，如图 2(a)所示；当达到工作行程阶段时，人手能够感知到压力的提高 ，便可操纵杠杆使其摆动幅度减小，即 角的变化范围较小，输出力及系统压力相应提高，满足了工况中的工作行程阶段，根据负载变化自动转换为提供高压小流量液体的需要 ，如图2(b)所示。

2 设计计算在柱塞的-个往复行程过程中，图 1所示传统手动液压泵供油时的排量 及图 2所示杠杆 -铰杆二级增力手动液压泵低压大流量供油时的排量 ，分别由以下公式计算(b)工作行程阶段VL。 ㈩ z铰杆(c0s -c0s )叼 (2)式中：d为柱塞的直径 (如图 1、2所示)；z手柄为人手 操纵手 柄 的行 程 (如 图 1、2所示)；z 为杠杆主动臂的长度 (如图 1、2所示)；f 为杠杆被动臂的长度 (如图 1、2所示)；叼 为泵的容积效率，-般可取为0.95；- 为铰杆机构压力角的最大值 (如 图 2所示 )；Ot 为铰杆机构压力角 的最小值 (如 图 2所示 )。

图 1所示传统手动液压泵高压供油时的输出压力P 及图2所示杠杆 -铰杆二级增力手动液压泵高压小流量供油时的输出压力pm，分别由以下公式计算P ：4。 (3) Hl d2127/1 j J2F：Z，Pm 孟 z (4)式中：Fi为人手作用于杠杆上端的力 (如图1、2所示)；叼 为杠杆机构的力传递效率，通常取值为0.97；田：为铰杆 机构 的力传 递效率 ，-般 可取为0.90；为铰杆机构压力角 的最小值 (如 图 2所示 )。

第 10期 付春梅 等：杠杆-铰杆二级增力手动液压泵 ·111·由公式 (3)可以看 出：要增 大 p ，必须减小d，这说明传 统手动液压泵的柱塞直径越小，泵的输出压力越高。但是，由于在低压阶段需要大流量的油液 ，因此无限制地减小 d是不现实的。而在新型手动液压泵 中，可 以通过改 变铰杆机构 的压 力角，便可极为方便地实现低压大流量到高压小流量的转换 。

3 计算举例在杠杆 -铰杆二级增力手动液压泵中，由公式(4)可以看出，尽管铰杆机构的理论压力角 越小 ，其输出到大活塞上推力的增力效果越显著，但极小的压力角OZ很难手动控制。因此，O/角取值要合理。在工程实 际中，建议 -般取 10。～15。， 60。～70。。

在排量的计算中，若Z手柄。Z手柄2350 mm (即人手操纵杠杆的行程相同的情况下)，例如，取 d20iFln，Z1500 mill，Z2：100 mm，Z铰杆150 mm (按照图2所示长度比例取值)， 12。， 65。，可计算得出传统手动液压泵中的排量 21 mL，而杠杆 -铰杆二级增力手动液压泵的排量 Vt2-49 mL。

在输出压力的计算中，设 Fi200 N，d、z 、z取值与上述相同，可计算得出传统手动液压泵中高压供油时的输出压力PⅢ19.31 MPa，而杠杆 -铰杆二级增力 手动液 压泵 高压供 油 时的输 出压力 Pm 40.88 MPa。

经上述比较可以看出，利用机械增力机构与液压传动技术相结合的杠杆 -铰杆二级增力手动液压泵，可获得传统手动液压泵2倍以上的油液排量和2倍以上的输出压力，增力效果明显，工作效率显著提高，还可降低操作者的劳动强度。

4 结束语文中所提出的利用机械增力机构与液压传动技术相结合的杠杆 -铰杆二级增力手动液压泵，既能在空行程阶段迅速提供低压大流量液体，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，与传统手动液压泵相比较，工作效率明显提高，相信它将在工程领域得到广泛的应用。