一种倾摆式油缸举升横移装置
技术领域
本实用新型涉及一种全液压起复装置,具体涉及一种由一支多级液压油缸在狭小空间内同步完成重物扶正、就位,或对脱轨车辆救援复位的举升横移装置。
背景技术
在狭小的空间中,如轨道交通的隧道、涵洞、桥梁等场合下,无法安置吊机等设备,对于脱轨掉线的车体,千斤顶一类的传统起重工具是常用的选择,由于安放千斤顶的空间有时非常低矮,而起复的物体又有一定的升高高度要求,因此,首选静高较低、多级活塞、高升程的液压油缸。目前,多级活塞油缸回位动能一般是重载压迫、弹簧势能、气体压缩及液压,前两种或是因为实际环境下无法达成、或是安置弹簧要占用较大空间高度,所以使用范围有限。气体回位是向油缸上腔注入高压空气,蓄积活塞下行回位的势能;油缸工作后,其上腔容积逐渐变小导致气体压力进一步增加,反向压迫上行的活塞,极大地消耗了油缸起重能力、同时高压气体的外泄几率远大于其他介质;且操作前须用专用工具注入高压空气,劳动强度大;一旦气封(通常是橡胶圈)由于环境温度恶劣密封效果下降、老化失效、变形、磨损引发气体泄漏,可导致油缸回位缓慢或不回位。相比之下液压回位最可靠,不足之处是回油通路通常是在缸筒壁上钻出的细小深孔,工艺复杂、效率低、成本高、且油缸越长,加工难度越大;为保证钻孔后缸筒的耐压强度,需要加大壁厚尺寸;钻孔后多余的孔道要进行堵漏封闭,高压高温环境下使用存在泄漏的风险。
现有的同类装置,特别是升程较大的多级油缸满升程工作时,主要设计承受通过油缸中轴线的轴向负载,不能有较大的径向载荷,因其产生的挠度变形极易使活塞上的油封瞬间变形从而导致油缸失压倾覆;
现有的同类装置,一般采用两支(组)油缸,分别完成起复目标的垂直和水平位移;
现有的同类装置,受空间及设备结构设计、行程、升限所限的限制,有时对目标的起复过程不能一次达成,需要重新卸下负载,对起复设备重新移位安装,实施再次起复;
现有的同类装置,由于起复空间高度限制,往往要求尽可能降低油缸静高,但又导致工作总升程不能满足要求。
实用新型内容
为了克服现有的同类起复装置在起复时存在上述缺陷的不足,本实用新型的目的在于:提供一种倾摆式油缸举升横移装置,该装置通常置于重物下方,可用于梁坨、涵洞拱盖、脱线轨道车辆的顶升、横移就位。其油缸的回油油路摈弃常规钻孔加工方法,不额外增加缸筒壁厚;使用新型油封,配有可填充径向间隙的导向带,保障油缸在满升程状态下,可承受较大的侧向载荷;简化活塞出口端设计,增加活塞的有效升程;液压油缸可绕承重轴回转,令负载既可垂直亦可水平位移;液压油缸可在固定底板上自行移动,及时改变与地面的倾摆角度,达到液压油缸起复能力的最大化。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下:
一种倾摆式油缸举升横移装置,它包括一支多级液压油缸、一根承重轴、一个移动支架、一个固定底板、支撑组件及液压泵站,所述的多级液压油缸的底部装有一根承重轴,该承重轴的两端架在移动支架上,移动支架放在固定底板上,并可在固定底板上移动;所述的支撑组件设置在液压油缸的顶端,该支撑组件包括顶托基座、顶托架、顶托销及顶托,可绕液压油缸轴线回转的顶托架安装在顶托基座上,通过顶托销与顶托铰接;所述的液压油缸为多级液压油缸,该液压油缸内部回油通路设在缸筒壁内,外部回油通路通过液压油缸外缸筒底盖上的油嘴集成块上的进油、回油接头与外设的液压泵站、液压油管形成液压工作回路。
所述的液压油缸的活塞杆为双层筒状结构,两层之间紧密相连,每一级外筒外壁为本级活塞杆,内筒内壁为次级活塞缸筒,除末级液压油缸外,其它液压油缸的活塞杆均为筒状嵌套结构;所述的油缸活塞、活塞杆尺寸为可以逐级嵌套的系列化尺寸,组成不同油缸级数的多级液压油缸;嵌套式内筒表面径向均布数条内腔回油槽,构成多级油缸内部回油通路,通达各级液压油缸活塞的上腔。
在所述的各级筒状活塞杆上端内侧装有径向导流槽、油封环、导向环及防尘环作为次级活塞杆的出口端结构。
所述的活塞、活塞杆在运动中的内、外摩擦副中的接触表面所用油封材质都由高耐磨、自润滑材料构成。
在所述的多级液压油缸的每级油缸的活塞上设有可微调补偿径向间隙的自润滑导向带,每级液压油缸在升、降过程中都经过五道环状带间隙补偿的导向装置进行径向定位,其中含环状耐磨填充聚四氟乙烯GSI油封、GSF油封各一道、聚四氟乙烯、铜粉石墨压铸导向带一道、聚氨酯UHS油封和DH防尘封各一道。
在所述的移动支架与固定底板之间的接触面上,分别设有方向相反、互相啮合的单向棘齿。
所述的移动支架的底板为不对称形状。
所述的顶托为具有与不同负载相匹配的接触面外形的顶托;在顶托上设有可将液压油缸顶端缚在被起重物上的绑带。
在所述的固定底板底面设有四道加强筋;在固定底板上设有顶杆销座和索具孔。
所述的油缸上的进油油嘴、回油油嘴接头布置在液压油缸斜侧面。
由于采用上述技术方案,使本实用新型与现有技术相比,具有如下有益效果:
1、本实用新型装置可置于重物下方,由一支多级液压油缸在狭小空间内同步完成重物扶正、就位,或对脱轨车辆救援复位的举升横移。液压油缸可在固定板上自行移动,及时改变与地面的倾摆角度,达到油缸起复能力的最大化。
本实用新型中的油缸采用筒状双层设计,之中含有疏油槽,其工艺简单,用普通的车、铣加工设备即可胜任;并且不受缸筒长度的限制,可不增加缸筒壁厚。
2、本实用新型多级液压油缸,弃用了业内普遍使用的O型或Y型橡胶材质密封圈,各级运动副都采用新型油封,此种油封与油缸缸筒或活塞的接触面是一种环状结构,由低摩擦、高强度的填充聚四氟乙烯(PTFE)等材料制成,其同轴定位、密封等级、使用寿命可大大提高。
3、本实用新型在每级油缸的活塞运动副中,同时有五道径向定位导向装置,既有专门用于微调活塞缸筒间隙公差的导向带,又有油封自带的耐磨导向环,活塞上行时随时补偿填充活塞与缸筒之间的细小间隙,使油缸在满升程工作状态下,承受较大的径向负载时,各级活塞同轴度误差仍在可控范围之内。
4、本实用新型简化了活塞出口端设计,增加了活塞有效升程。现有的同类装置的油缸活塞杆出口端经过的油封及导向环,多设置在分体式缸盖中,与缸筒的连接方式或为内外螺纹、或为法兰压盖;为保证强度,螺纹有效长度和缸筒壁厚都要适当增加;延长螺纹长度将导致油缸增高;加大缸筒壁厚会使油缸超重。本实用新型在初级缸筒形活塞杆内腔上端留有次级缸活塞杆的数道油封位置,取消了各级油缸上的缸盖;与之相比轴向尺寸缩短了15-20mm;如油缸级数为N级,在不加大外形高度情况下,其总升程增加值为这一数值的N倍。
5、油缸托起重物的顶托的空间活动范围与重物在被顶起横移就位过程中的运动轨迹会有偏差,有可能产生一个令油缸左右翻倒的力矩,本实用新型在油缸顶部设有可任意回转的顶托架,用于连接适应不同的负载支撑件(顶托);其优点在于,消除或弱化了上述的外界影响。
6、油缸上的进油、回油油嘴接头布置在油缸斜侧面,这样在起复高度低矮时,上部防止由于油嘴及延伸的油管高于顶托与负载碰撞,侧面则可避免液压油缸倾摆时与移动支架相干涉。
7、本装置所述的液压油缸底部穿过一根承重轴,工作时液压油缸绕此轴旋转,使其纵轴线与水平面夹角逐次变化,令负载交互横移、升起;承重轴位于底部相对于现有某些承重轴在中部的油缸而言,其优点是油缸等高、倾摆角相同时横移距离更大。在所述的液压油缸底部一侧加有定位螺钉,必要时顶在移动支架底板上,就可作为普通举升油缸使用。
8、本实用新型装置中,移动支架与固定底板之间接触面为方向相反、互相啮合的单向棘齿形状。液压油缸承重时,棘齿止推面克服液压油缸支架向后的水平力,阻止液压油缸向后滑动;为防止棘齿打滑,本装置在确定止推面与水平面夹角时按材料最小静摩擦系数考虑。
9、本实用新型中的移动支架的底面板为不对称形状,一旦移动支架随液压油缸收缩稍稍离开底板时,底面板前部在重心偏转下就抬起,上下棘齿脱离啮合,便于移动支架随前摆的液压油缸前行;移位距离为棘齿间距的整数倍。
10、本实用新型中的固定底板是一块板状结构,在起复过程中提供油缸受力反方向支撑,一般平板式结构在地面不平时,难于贴合牢靠,易摇摆晃动或受力不均变形,本设计在底面附有四道加强筋;增加了防止弯曲变形的刚度,又使底面接触面积由整个板面减少为四道筋的下侧面,不易产生失稳;固定底板上装有顶杆销座和索具孔,前者可装一刚性顶杆,后者可绑缚钢丝绳、承重环链等用以防止水平滑移。
11、本实用新型装置顶托上设有绑带,绑带上的尼龙搭扣便于将液压油缸顶端缚在被起重物上,需要时,远程控制油缸回油收缩,带起移动支架脱离棘齿啮合;以被缚端为支点,在液压油缸自身重心前摆作用下,带动油缸支架前移。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1a、图1b、图1c、图1d是本实用新型一种倾摆式油缸举升横移装置应用于起复脱轨车辆的四个过程的实施例示意图。
图2a是本实用新型中液压油缸的主视示意图。
图2b是图2a的左视示意图。
图3是本实用新型中液压油缸的内部结构示意图。
图4a是本实用新型中活塞出口端的结构示意图。
图4b是现有的活塞出口端的结构示意图。
图5是本实用新型中油管斜置的效果示意图。
图6a是本实用新型中方形物顶托示意图。
图6b是本实用新型中板状物顶托示意图。
图7a1是本实用新型中柱状物顶托示意图。
图7a2是图7a1的左视示意图。
图7b是本实用新型中异形物顶托示意图。
图8a是本实用新型中移动支架主视示意图。
图8b是图8a的俯视示意图。
图9a是本实用新型中固定底板主视示意图。
图9b是图9a的俯视示意图。
图10是本实用新型一种倾摆式油缸举升横移装置结构示意图。
图11a是将本实用新型中的液压油缸垂直使用时的装置示意图。
图11b是将本实用新型中的液压油缸水平使用时的装置示意图。
图中,1.液压油缸,2.活塞,3.承重轴,4.顶托基座,5.顶托架,6.顶托销,7.顶托销孔,8.方形物顶托,9.板状物顶托,10.柱状物顶托,11.异型物顶托,12.绑带,13.手柄,14.油嘴集成块,15.油管,16.定位螺钉,17.钢轨,18.防滑板,19.槽口,20.轮对,21.疏油槽,22.GSI油封,23.GSF油封,24.导向带(PTFE),25.UHS油封,26.DH防尘封,27.移动支架,28.移动支架底板,29.移动支架棘齿,30.承重轴回转穴,31.移动支架提手,32.压板,33.固定底板,34.筋板,35.顶杆座,36.固定底板棘齿,37.顶杆,38.索具孔,40.被起复物体,41.固定支撑物,42.回油油嘴,43.进油油嘴。
具体实施方式
图10所示为本实用新型一种倾摆式油缸举升横移装置的一个实施例,该实施例应用于自重50T以下轻型轨道车辆掉线后的快速起复。该倾摆式油缸举升横移装置包括一支多级液压油缸1、一根承重轴3、一个移动支架27、一个固定底板33、支撑组件及液压泵站。在多级液压油缸1的底部装有一根承重轴3,承重轴3的两端架在移动支架27上,移动支架27放在固定底板33上,并可在固定底板33上移动。在固定底板33的底面上设有两横两纵四条筋板34,用以增加抗弯强度,因其与地面接触面积不大,可快速在地面放平。固定底板33上的顶杆座35装有顶杆37,顶在钢轨17(或其它地面固定物)上,防止固定底板33受力时向后滑移造成起复失败。该装置中的支撑组件包括顶托基座4、顶托架5、顶托销6及顶托。装在液压油缸上端的可绕液压油缸1轴线回转的顶托架5安装图2b所示的顶托基座4上,通过穿设在顶托销孔7内的顶托销6与顶托铰接。本实用新型中的顶托为具有与不同负载相匹配的接触面外形的顶托,以适应不同接触面外形的被起复物体40。本实施例中的顶托可为图6a所示的方形物顶托8,或图6b所示的板状物顶托9,或图7a1、图7a2所示的柱状物顶托10,或图7b所示的异形物顶托11。顶托嵌在防滑板18的一个槽口19中。在顶托上设有可将液压油缸1顶端缚在被起重物上的绑带12。当活塞21回缩时,可将液压油缸1及移动支架27吊起。
请参见图2a及图2b所示,液压油缸1为多级液压油缸。液压油缸1的活塞杆为双层筒状结构,两层之间紧密相连,每一级外筒外壁为本级活塞杆,内筒内壁为次级活塞缸筒。除末级油缸外,其它油缸的活塞杆均为筒状嵌套结构。油缸活塞、活塞杆尺寸为可以逐级嵌套的系列化尺寸,组成不同油缸级数的多级液压油缸。图2a及图2b中,承重轴3与手柄13互为90°交叉。油嘴集成块14设在承重轴3与手柄13之间,便于油管走向布置。液压油缸1工作时,液压油缸纵向轴与水平夹角倾摆以实现举升横移时,在液压油缸1底部设有的使液压油缸定位的定位螺钉16,可为液压油缸1提供稳定的支撑。
如图3所示,嵌套式内筒表面径向均布数条内腔回油槽21,构成多级油缸内部回油通路,通达各级油缸活塞的上腔,如图3中虚线回油路径所示。进入回油油嘴42的液压油很容易达到各级活塞的上腔。在各级筒状活塞杆上端内侧装有径向导流槽、油封环、导向环及防尘环作为次级活塞杆的出口端结构。本实用新型中的活塞、活塞杆在运动中的内、外摩擦副中的接触表面所用油封材质都由高耐磨、自润滑材料构成,一般是铜网骨架填充聚四氟乙烯、石墨等,前者可提高耐磨等级,后者有自润滑效果,而不采用易损的橡胶密封元件。
图3中,在多级液压油缸的每级油缸的活塞2上设有可微调补偿径向间隙的自润滑导向带,每级液压油缸在升、降过程中都经过五道环状带间隙补偿的导向装置进行径向定位,其中含环状耐磨填充聚四氟乙烯GSI油封22、GSF油封23各一道、聚四氟乙烯、铜粉石墨压铸导向带24一道、聚氨酯UHS油封25和DH防尘封26各一道。
液压油缸1内部回油通路设在缸筒壁内,外部回油通路通过液压油缸外缸筒底盖上的油嘴集成块14上的进油油嘴43、回油油嘴42与外设的液压泵站、液压油管(图中均未画出)形成液压工作回路,系统工作压力35Mpa以上。该外设的液压泵站为轻巧的移动式液压泵站,其驱动方式为手动、交流或直流电动式、燃气机驱动式。多级油缸与外设液压泵站连接的油嘴集成块14与油缸倾摆轴成夹角布置。如图5所示,因为油嘴集成块14设在侧面,安上油管15后,其延伸部分既避开了轮对20上的车轴,又不至在液压油缸前后倾摆时,与移动支架27、顶杆37发生干涉。
请参见图8a、图8b、图9a、图9b所示,本实用新型中的移动支架27和与固定底板33之间的接触面为方向相反、互相啮合的单向棘齿形状。在图8a、图8b中承重轴回转穴30上设有压板32,用螺钉固定压住承重轴3,当液压油缸1调整位置时,连移动支架27带起;移动支架底板28为不对称形状,刻意使其重心偏移,便于液压油缸移位时,能够前端抬起,使其底部移动支架棘齿29与固定底板棘齿36快速脱离如图10所示。移动支架棘齿29突出部为平面,使得移动支架27可单独放置在平面物体上。移动支架提手31便于操作时整体抬拉液压油缸1和移动支架27。
在图9a、图9b中,上面的固定底板棘齿36方向与移动支架27相反,左端设有一顶杆座35,安装承受压力的刚性顶杆37,顶在其左侧的某一固定物上;右侧设有一索具孔38,可穿过一条承受拉力的钢丝绳或承重链,绑缚在其右侧的某一固定物上,用以防止水平滑移。底部有两横两纵加强筋板34,增加了防止弯曲变形的刚度,又使底面接触面积由整个板面减少为四道筋的下侧面,不易产生失稳。防止过大垂直压力使其弯曲变形,此筋板减少其与地面接触面积,便于固定底板放置平稳。
请参见图4a、图4b所示的在活塞2出口端的设计。图4b为现有的以缸盖形式出现的设计,为分体式结构,需要额外增加缸盖油封C,为了达到足够的强度,螺纹D的连接长度及缸筒壁厚E都需增加,次级活塞直径d减小,使活塞行程变短,直接影响油缸效率。图4a为本实用新型设计,取消了各级油缸上的缸盖,使轴向尺寸缩短;活塞出口端与活塞杆同时加工而得,与活塞为一个整体,形成一体化结构。
本实用新型将承重轴3置于液压油缸1底部,与将其置于油缸中部的方案相比,在相同起复空间(即等底等高),相同倾摆角度时,本实用新型可使横移范围更大,即做功效率更高。
请参见图11a、图11b所示,在液压油缸1底部装有定位螺钉16。这样在图11a所示液压油缸垂直顶升时,定位螺钉16与承重轴3在移动支架27上的受力端形成一个稳定的三点支撑关系,油缸类同普通千斤顶,此时移动支架27可以如图放置在固定底板33上使用,也可直接放在某一平整的物体表面上使用;液压油缸水平放置时,如图11b所示:上述三点支撑关系不变,倚住固定支撑物41即可;移动支架底板28前端面与液压油缸1外径最大处平齐,以保证液压油缸工作时水平方向稳定。
本实用新型的工作过程的实施例如下:
图1a、图1b、图1c、图1d是应用于自重50T以下轻型轨道车辆掉线后的快速起复的实施例的四个过程图。
图1a所示为安装起复装置,此时要注意固定底板33放置应力求平整,无晃动;顶杆37须支撑牢靠,油缸上端的顶托10嵌入防滑板18的槽口19时,槽口应尽量选在接近轮对20重心位置的那一个,防止油缸起升轮对时,由于重心偏离使轮对抬头垂尾,加大了与地面的摩擦力,也使轮对升至钢轨踏面上的距离增加(起复作功增加);防滑板18和顶托架5用尼龙搭扣绑带12缚在车轴上(如起复中途液压油缸无需调整位置,也可省此步骤)。
图1b所示为起复开始时,(负载)轮对20作用在液压油缸上的水平阻力(横移摩擦力)小于垂直阻力(重力),随着活塞2不断前出,推动轮对向右平移,同时液压油缸绕承重轴3向水平方向倾摆,自动逐渐加大水平分力(推力);直至轮对遇到水平方向障碍(钢轨17)为止。
图1c所示为轮对遇水平障碍(左侧钢轨17)后,平移停止;此刻前述水平阻力大于垂直阻力,活塞2继续前出后托举轮对20沿水平障碍钢轨17的侧面向上爬升,同时液压油缸绕承重轴3向垂直方向回摆,自动加大垂直分力(举升力)。
图1d所示为轮对升到一定高度后,水平障碍突然消失,活塞2继续前出重复先前图1b所示动作,直至轮对20复位。
由于现场环境不同,水平障碍可能多次出现,因此图1b、图1c所示过程可能交替显现。液压油缸也交替绕承重轴3左右倾摆,自动分配垂直举升力和水平推力的大小比例。
轮对20起复过程中应注意以下情形:
1)液压油缸在整个起复过程中,与地面夹角应保持在80°~35°之间,大于80°则水平推力不足,轮对横移困难;小于35°则垂直举升力过小,且液压油缸受到过大水平反作用力,易使移动支架27打滑移位,顶杆37过载失稳,造成液压油缸倾覆。
2)起复过程被迫中断,一般是活塞行程用尽,或是横移距离过长造成液压油缸倾摆后与地面夹角过小,这两种情况都需改变移动支架27在固定底板33上的啮合位置。
3)在轮对20起复过程中,脱线掉道的轮对也会与钢轨17的延伸方向产生夹角,本实用新型的顶托架5可在顶托基座4上回转,从而使顶托上的被起复物体40很容易消除偏角,使轮对20在与钢轨17的贴合时修正偏角。
本实用新型中液压油缸位置调整步骤如图10所示:
控制油路回缩活塞2,由于上有绑带12固定,带动液压油缸1、移动支架27整体上升离开固定底板33;如图8a和图8b所示:因为移动支架底板28为非对称形状,重力作用下移动支架底板前部自动抬起,使得移动支架棘齿29与固定底板棘齿36脱开,液压油缸1在自身重力下像钟摆一样绕顶托销轴6前摆,摆到适当位置后操作油路令活塞2前出,移动支架27随即下行,移动支架底板棘齿29将自动滑入固定底板棘齿36中并与之完全啮合。即活塞2回缩,液压油缸1前摆;活塞2前出,液压油缸1在新位置入位;交替一次,位移一次。活塞2回缩量大则前摆(位移)距离长;实现位置调整远距离操控。