液壓卡爪裝置的設計與改進

蘇 欣，張燕紅

（山東華宇工學院，山東德州 253034）

0 引言

高鐵橋梁支座夾裝系統斜面增力卡爪提供了一種楔塊式自鎖液壓卡爪裝置，巧用斜燕尾結構的優勢，充分利用斜燕尾導軌的斜度角小于摩擦角，使工件的夾緊力不會通過斜燕尾導軌傳輸至油缸活塞。即使有外界因素影響系統斷電或者油缸泄壓，工件的夾緊力也不會因此撤去，從而保證了加工時工作人員的安全。并且通過蝸輪蝸桿實現伸縮塊的調節，保證工作的穩定性。液壓卡爪夾取工件采用液壓油缸，操作安全而且大大節省了勞動力。此外，卡爪機構能夠根據夾取工件的形狀、體積進行調節，應用能力強，保障液壓卡爪在各種工況下都能順利應用，充分發揮優勢。此機械夾持技術極大程度上解決了使用不便的問題，大大提高了安全性，保證了機械夾持的技術效果，能夠提供足夠穩定的夾緊力，結構緊湊、夾緊和松開操作方便、動作迅速，具有結構簡單、便于維護、穩定性、可靠性好的特點。

1 背景

當今社會，高鐵已經成為我國國民首選的一種出行工具。但在高鐵迅速發展的同時，也對高鐵橋梁支座提出了更高的要求。由于軌道不平、輪軌蛇形等內部激勵，列車在高速鐵路橋梁上運行時，車橋系統會發生振動，橋梁結構上部的振動會通過橋梁支座傳遞到橋墩，再由橋墩傳遞到周圍的環境當中，對周圍的環境以及建筑物等產生較大影響。因此，橋墩的穩定性變得非常重要，橋墩基礎要更夯實、沉降更少。

2 液壓卡爪裝置結構設計

高鐵橋梁支座夾裝裝置如圖1 所示，由固定板（固定裝置機構）、蝸桿（連接固定板及帶動蝸輪轉動）、旋轉軸（連接支撐板）、齒輪（固接在旋轉軸上）、動力軸（固接有第一壓緊塊、第二壓緊塊和第三壓緊塊）、第一壓緊塊（壓緊工件）、第二壓緊塊（壓緊工件）、第三壓緊塊（壓緊工件）、鎖緊柱（設置有與第二壓緊塊相配合的第二受壓塊，設置有與第三壓緊塊相配合的第三受壓塊）、支撐板（置有與凸起相配合的凹槽）、油缸（儲油、提供動力）、活塞（拉動増力楔塊）、斜燕尾導軌（連接有與活塞固接的増力楔塊）、増力楔塊（通過斜燕尾導軌拉動伸縮塊）、伸縮塊（夾緊待加工工件）。

圖1 高鐵橋梁支座裝夾裝置結構示意

卡緊結構包括設置的上壓蓋內的斜燕尾導軌，斜燕尾導軌上的滑動連接有與活塞固接的増力楔塊，在上壓蓋上滑動連接有與增力楔塊相配合的伸縮塊。

3 液壓卡爪裝置優勢

3.1 原理

當油缸有活塞桿腔充油時，活塞拉動増力楔塊向后運動，増力楔塊通過斜燕尾導軌拉動伸縮塊退回；當油缸無活塞桿腔充油時，活塞推動増力楔塊向前運動，増力楔塊會通過斜燕尾導軌推動伸縮塊伸出；伸縮塊伸出時夾緊待加工工件，夾緊力通過伸縮塊傳遞至斜燕尾導軌，由于斜燕尾導軌斜度角小于摩擦角，工件夾緊力不會通過斜燕尾導軌傳遞至油缸活塞，從而形成自鎖，并且蝸桿能夠帶動蝸輪、齒條、縮塊對行程進行調節，保證對不同長度工件的夾持力，提高工作時的平穩性。即使因為外界因素導致系統斷電或者油缸泄壓，工件的夾緊力也不會喪失，使工件被松開，提高了工作安全性。

工作流程如圖2 所示：先將工件固定于固定板上，并裝夾固定板于加工工作臺；該裝置通過油箱充油提供動力，進行夾緊工件；然后外部加工裝置對工件進行加工；工件加工結束后，油箱再次進行卸荷工作，松開工件，工作結束。

圖2 高鐵橋梁支座裝夾裝置工作流程

3.2 優勢

液壓卡爪主體內部置有楔形塊和滑塊的組合，利用液壓缸活塞桿的運動帶動楔形塊上下移動，從而帶動滑塊進行橫向運動，實現伸縮塊的移動，傳動效果好、工作效率高。卡爪主體上有驅動滑塊移動的液壓缸，液壓缸內驅動件為楔形塊，楔形塊上開設有滑槽。液壓卡爪夾取工件采用液壓油缸實現，能夠根據夾取工件的形狀、體積進行調節，應用能力強，保障了液壓卡爪在各種工況下都能順利應用，充分發揮優勢。另外，通過蝸輪蝸桿能夠實現伸縮塊的調節，保證工作的穩定性。此機械夾持技術極大程度上解決了同類夾裝裝置使用不便的問題，大大提高了安全性，能夠提供足夠穩定的夾緊力，進一步保證了機械夾持的技術效果，結構緊湊、夾緊和松開操作方便、動作迅速。

3.3 性能測試

將該裝置的實物模型（圖3）完成后，對液壓卡爪模型進行了一系列實際性能測試。通過對測試結果進行數據分析，該裝置可以高效的完成產品的設計要求。該裝置能夠有效的實現伸縮塊的移動，傳動效果好、安全性能高，可以有效的完成對被加工工件的固定，可以通過自身調整完成對不同大小工件的緊密固定，高效滿足產品加工時對固定裝置的需求。通過對裝置的極限性能進行測試，該裝置優越性，擁有極強的自鎖結構，即使在極限使用的過程中發生損壞，也不會發生對工人的安全產生危害，可以有效的保證人員安全。

圖3 高鐵橋梁支座裝夾裝置

3.4 與現有系統對比

現有的同類夾緊固定類產品多數存在加緊可靠性不高、安全性能無保障、工作模式單一等問題。在現有產品的基礎上進行改進和優化，最終研究設計出該裝置。通過和國內外該類型產品現有系統的對比分析，該產品不僅在加緊可靠性中得到保障加強，在安全性能上更是加入了自鎖結構，大大提高了該裝置的安全性。

本裝置與同類產品相比有以下優勢：①夾持的精度高，使用的壽命長，液壓卡爪采用全封閉式結構；②夾持力大，夾持范圍廣。液壓卡爪改善了傳統液壓卡爪夾持力小、力量不穩定的缺點，夾持力大小可調節，穩定可靠；③結構創新，安裝方便。采用楔塊増力式自鎖液壓卡爪裝置，解決了使用不便的問題，保證了機械夾持的技術效果。

4 液壓卡爪裝置應用

液壓卡爪裝置在國外已被大量采用，主要應用范圍是加工中心。同時，在高精度數控機床、普通機床的采用數量也在不斷增加。本設計采用楔塊増力式自鎖液壓卡爪裝置，解決了使用不便的問題，提高了安全性，能進一步保證機械夾持的技術效果，可被大范圍推廣應用。

本裝置可應用于高鐵橋梁支座。由于軌道不平、輪軌蛇形等內部激勵，列車在高速鐵路橋梁上運行時，車橋系統會發生振動，橋梁結構上部的振動會通過橋梁支座傳遞到橋墩，再由橋墩傳遞到周圍的環境當中，對周圍的環境以及建筑物等產生較大影響。本裝置可有效解決以上問題，對不同長度工件的夾持力較好，可以保證工作時的穩定性。

5 結語

設計楔塊増力式自鎖液壓卡爪裝置，極大程度上解決了現有同類產品使用不便的問題，大大提高了安全性，進一步保證了機械夾持的技術效果。設計的斜面增力卡爪具有結構簡單，便于維護，穩定性、可靠性好的特點。該卡爪能夠提供足夠穩定的夾緊力，夾緊和松開操作方便，動作迅速，具有良好的經濟效益。