應急救援液壓破拆工具高壓動力單元設計

魏建義，周旭輝，李芳，任清海，牛振華

(河南省安陽職業技術學院，河南安陽455000)

隨著社會的發展，人類面臨的挑戰日益增多，除了來自自然界的災難事故如地震、臺風、海嘯等傳統威脅外，現代高速發展的社會，事故災難數目近年呈現上升趨勢，例如交通事故、工業事故、礦山事故、恐怖襲擊等都在威脅人的生命安全。在處置各類突發事件組織應急救援時，往往時間就是生命。這就對應急救援裝備的性能和工作效率提出了嚴格要求。在各種救援設備中，以液壓為動力的破拆設備占有很大比例，例如有切斷器、剪切器、擴張器、開門器、縫隙擴大器等種類，這類設備一般由液壓泵驅動，工作壓力為70 MPa 或更高，結構一般設計為執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，控制執行部分的動作，屬于系統中的核心部分。

1 應急救援用液壓動力單元的功能要求

根據應急救援設備的使用特點，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到200 MPa。原動機優先選用內燃機。因為應急救援時救援條件有限，往往無法及時接通電源，因此，液壓動力單元應設計為內燃機驅動，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、結構堅固，便于攜帶及適應野外作業;壓力輸出穩定，耐用度高，可靠性高。動力單元應設計成可控制單作用液壓缸或雙作用液壓缸，以適應不同工具頭，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，液壓系統基本由5 個部分組成:低壓泵源、換向調壓回路、增壓控制單元回路、外接執行器(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、四沖程汽油發動機4、系統安全閥3 及過濾裝置、液位開關等附件組成，其作用是儲存液壓油及產生穩定的低壓基礎壓力(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行器的回程壓力。安全閥3 限定系統最高壓力，保護原動機。

2.2 換向調壓回路

該部分由二位四通換向閥7、溢流閥6 組成，其作用是調節系統的低壓壓力、控制增壓器的增壓與泄壓動作、控制執行器液壓缸的伸出與縮回動作。根據外接執行器的種類采取不同的油路連接方式，如果執行器的形式為彈簧復位液壓缸，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 油口聯接。如果執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，可以實現汽油機空載啟動及油缸復位。

2.3 增壓單元

該部分主要由震蕩式自動增壓器8 組成，主要是實現連續增壓到設定值壓力的功能。其輸入壓力就是系統的低壓壓力，該壓力可以通過溢流閥6 進行調節，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。增壓器選擇配置有旁通閥DV 的類型，可以實現在出口壓力低于系統基礎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技術資料。

圖2 增壓器液壓原理圖

2.4 外接執行器

外接執行器為應急救援工具的工作部件，主要包括液壓缸驅動的各種剪刃、分離擴張器等，一般設計為一體緊湊結構，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。根據液壓缸的類型可以分為雙作用缸及彈簧復位缸，外接執行器與液壓動力單元之間通過高壓軟管聯通。

2.5 電控部分

系統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，可以方便監控系統參數(壓力、液位、蓄電池電壓等)及實現程序控制。

3 高壓動力單元設計性能特點

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 設計特點

與其他類似產品相比，該產品具有以下特點:首先是實現高壓的方式不同。大多數高壓泵站通過微小型高壓徑向柱塞泵實現壓力輸出，而此方案則采用自動增壓器，突出優點是系統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品，經久耐用，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行工具頭使用，通用性強;再次，此系統壓力高，根據實際情況可配置不同規格的增壓器，系統最高輸出壓力可達200 MPa，并且壓力調節方便;最后，操控便捷，例如汽油機啟動可以采用手動發動及電啟動方式。整機結構緊湊，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

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;系統低壓流量:12 L/min，高壓流量:0.3 L/min;系統最高輸出壓力:200 MPa (根據液壓工具適時調整與裝配);液壓油箱容積:10 L;傳動介質:ISO-VG22 高黏度指數專用工具液壓油。

4 結論

經過整機測試與實際效果驗證，該液壓動力單元升壓迅速、連續使用系統溫升小、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，但考慮到該設備主要用于戶外，該缺陷亦可接受。

［1］路甬祥．液壓氣動技術手冊［M］．北京:機械工業出版社，2004．

［2］張利平．液壓傳動系統及設計［M］．北京:化學工業出版社，2005．

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

［4］徐從清，王爾湘．液壓與氣動技術［M］．西安:西北工業大學出版社，2010．

［5］丹麥miniBOOSTER 公司技術資料．