电动液压劈木机液压系统设计

孙增忠

(扬州和益电动工具有限公司，江苏高邮 225600)

随着液压控制技术的飞速发展，液压技术的应用也越来越广泛，如：工程机械、机床设备、机械手等。经调研发现，欧洲和美国对电动液压卧式劈木机需求量较大，因此扬州和益电动工具有限公司决定开发一款电动液压劈木机。开发此产品需要解决两方面问题：一是要解决欧洲和美国市场壁垒，主要是德国“GS”标准要求;二是要解决液压机械中的保压问题。解决好这两个问题，也是为了使液压技术在电动工具中应用积累更多的经验，开发更多的产品。

1 电动液压劈木机产品特点及技术方案

1.1 产品特点及方案

电动液压劈木机是集电动与液压为一体的电动工具，用于冬天壁炉取暖木柴的劈削，该产品主要由4个部分组成：动力部分、控制部分、执行部分、辅助部件。

a．动力部分：电动机、齿轮泵。负责提供整机运动所需的全部动力和液压力。

b．控制部分：前端盖部件。前端盖装有液压控制阀、溢流阀和控制手柄等，主要控制执行部件的运动方向和系统压力。

c．执行部分：油缸、活塞、活塞杆、滑动架部件等。主要将液压能转化为机械能。

d．辅助部件：机架。机架既是一个大的结构件，负责固定劈刀、前后端盖、油缸、推木座、齿轮泵、左右侧板等，又是液压系统的油箱，负责装载液压油。

1.2 产品技术参数

电动液压劈木机技术参数见表1。

表1 基本技术参数

2 电动液压劈木机技术问题分析

2.1 安全性能分析

该产品主要销售欧洲、美国、加拿大等市场。产品进入欧洲必须符合德国“GS”标准，主要是符合安全防护和机械安全方面要求，而劈木机主要是双手操作安全要求，即必须双手同时操作，劈木机才工作，松开任一只手推木座必须停止不动，不前进也不后退，松开双手推木座方可复位。产品出口美国、加拿大，必须要符合美国“UL”或加拿大“CSA”标准，主要是电气安全要求，相对来说比较容易实现。

2.2 保压性能分析

这是液压机械共性问题，也就是实际使用过程中压力下降问题，其关键是要减少液压系统内部泄漏，提高液压传动的传动比。

2.3 结构及外观分析

出口产品外观必须要美观，而且结构要紧凑，便于移动和运输，其结构及工作原理是：单相感应电动机驱动齿轮泵产生液压力，液压力再由控制系统进入油缸，油缸内的活塞和活塞杆作直线位移，推木座在活塞杆带动下向前匀速运动，将木段推向劈刀，实现劈木动作。

3 电动液压劈木机产品研制过程中存在的问题及解决方案

a．针对“GS”标准，双手操作安全要求。首先详细了解劈木机“GS”标准要求，然后进行有针对性的攻关，设计了三位三通液压控制阀，解决了双手操作问题。

(1)双手同时操作，一手按控制阀，一手按电机开关，推木座向前移动，液压原理如图1所示［1］。

图1 双手操作液压原理

(2)一手按住控制阀另一手松开电机开关或一手松开控制阀另一手按住电机开关，推木座停止不动，液压原理如图2所示［1］。

(3)双手同时松开，推木座靠油缸内弹簧复位，液压原理如图3所示［1］。

图2 单手操作液压原理图

图3 双手松开液压原理图

b．针对电动液压劈木机中保压要求，通过提高关键件加工精度，加强重要工序控制手段，来减少液压系统内部泄漏。

(1)齿轮泵。齿轮泵是劈木机液压系统中的液压能源，由它向液压系统提供足够的液压力，从而推动执行部件对外作功［2］。因此，组成齿轮泵的各个零件——2个端盖、齿轮、泵体尺寸公差和形位公差，必须得到有效控制，一是控制端盖齿轮中心距尺寸公差 ±0．02mm、平面度≤0．01mm;二是控制齿轮表面硬度在28～32HRC和平行度≤0．005mm;三是控制泵体齿轮中心距尺寸公差±0．02mm和平行度≤0．005mm，通过对相关零件进行控制，使系统压力能够达到19MPa，保证了齿轮泵能提供足够的液压力，同时必须对齿轮泵装配件液压力100%进行检测，液压力≥19MPa方可进入整机组装。

(2)液压控制阀。液压控制阀控制液压系统的压力、流量和油流方向，它的性能好坏直接影响液压系统的工作过程和工作特性［2］。控制阀由阀套和阀芯组成，关键是控制阀套内孔和阀芯外径的圆柱度≤0．005mm，以及阀芯与阀套的配合间隙，一般间隙≤0．03mm，同时对液压控制阀总成进行压力检测，只有通过19MPa检测的控制阀总成，方可进入整机组装。

(3)液压缸。液压缸是将输入的液压能转变为机械能的转换装置［2］，是劈木机液压系统的执行部件。由油缸、活塞、活塞杆、端盖组成，主要控制活塞上格莱圈的密封量，一般为25% ～30%，以及油缸内孔和活塞杆外圆圆柱度≤0．05mm，粗糙度 Ra0．4。

c．电动液压劈木机要求外观新颖，结构紧凑。

为了产品的美观和轻便性，对液压控制阀总成的集成块、齿轮泵端盖等零件选材进行了研究和探讨，最终确定为铝压铸件。同时将劈木机机架与油箱进行整合。为了方便劈木机的移动，在机器上安装了滚轮，滚轮安装在质量较重的电机与齿轮泵一侧，并在另一侧设计了把手，达到了美观、轻便、移动方便的目的。

4 结论

液压技术在电动工具中应用并不多，通过对电动液压卧式劈木机的成功研发，了解并掌握了液压机械保压必备条件，一是与齿轮泵加工精度和装配工艺有关;二是与液压控制总成加工精度有关;三是与油缸加工精度有关。因此，只要控制好齿轮泵、液压控制总成、油缸，就能够实现电动液压劈木机保压性能。

针对欧盟和美国等市场的技术贸易壁垒，只要积极应对，认真分析标准要求，并进行技术改进和创新，就一定能够达到要求。同时，电动液压劈木机获得了国家专利授权共5项：劈木机外观设计，劈木机油缸实用新型，劈木机油箱端盖密封机构实用新型，劈木机劈刀实用新型，劈木机控制阀实用新型，为开发系列卧式劈木机和立式劈木机奠定了坚实的基础。

［1］ 张利平．液压传动系统及设计［M］．北京：化工工业出版社，2005．

［2］ 陈榕林，张磊．液压技术与应用［M］．北京：电子工业出版社，2002．