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制钉机的液压系统设计 |
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作者：广东五邑大学 尹学军 刘海刚 |
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摘要：本文介绍了自动制钉机液压系统的设计，采用了较先进的集成油路板式结构。
关键词：制钉机；液压系统原理图；集成油路板式结构
1前言
射钉枪由于其效率高，使钉受力均匀、一致，使用方便等优点而广泛用于包装、广告装饰及家具制造、制鞋业等方面。而作为其“子弹”的排钉，也就有了大量的需求。笔者曾在珠江三角洲地区的制钉厂调查，发现这种钉子不仅在本地区，而且在内地和港澳、东南亚等地，都有相当的需要，经济效益可观。
排钉的制造过程为：
（1）压线——将一定直径、一定强度的铁丝在压辊机上压扁；
（2）排线——将若干条（一般为80～150条）压扁的铁线拉直并排在一起；
（3）并线——将排好的线用粘合剂粘合在一起并烘干，成为板料；
（4）制钉——将板料送到制钉机上成型。制钉机结构如图1所示，主要由垂直、水平两个液压缸和送料机构（图中未画）、推料机构组成。
图1制钉机结构示意图
在制钉机上制钉的工作循环为：
第一工序：送料。送料机构将板料送到垂直液压缸下方；
第二工序：切料夹紧。垂直液压缸带动切断模及夹紧装置下降，将板料切断并夹紧，为下一工序作准备；
第三工序：镦粗。水平液压缸带动镦头前进，将板料头部镦粗成为钉头；
第四工序：镦粗退回。水平液压缸带动镦头退后，离开钉头。
第五工序：切断退回。垂直液压缸上升，离开板料；
第六工序：推料。推料气缸动作，将成品推出模具。
2液压原理图
制钉机的液压系统属于中、高压系统，其工作压力约8～16MPa。从国外购买的制钉机床多采用逻辑阀控制，价钱较贵。应某厂要求，作者为其制钉机设计了一套液压系统。
液压传动部分主要包括一个切断液压缸和一个镦粗液压缸，工作循环如图2所示。
图2制钉机工作循环
（1）确定供油方式
因为系统为中高压系统，一般型号的齿轮泵压力不足，且效率低。而柱塞泵效率高，但价钱贵、结构复杂，并且噪音大、对油污染敏感。叶片泵压力脉动小、噪音小、结构简单紧凑，而且排量大、寿命长。所以决定选用限压式定量叶片泵。
（2）调速方式
速度变化因无太大要求，基于结构简单和经济上的考虑，不采用调速装置。
（3）方向控制
若直接用电磁铁换向阀控制工作油路，因阀芯所受压力大会影响其灵敏度。故采用电液换向阀。
（4）液压系统原理图
整个液压系统由一个高压泵供油，系统原理如图3所示。工作原理如下：
图3液压系统原理图
①切断液压缸下降。此时换向阀14工作在左位。压力油经6流入上腔，推动活塞下降，使顺序阀12打开，构成差动回路。下降到行程终点时，由于切断模接触到钉板使活塞负载增大，阀4打开，下腔压力油经4流回油箱。
②镦粗液压缸前进。切断时油压继续上升，继电器17动作，使换向阀15右位得电，压力油经顺序阀10进入镦粗液压缸右腔，推动活塞前进，左腔油经阀8回油箱。
③镦粗和切断液压缸上升、镦粗液压缸后退。镦粗钉头时油路中压力上升，使继电器19动作，换向阀14转向右位，换向阀15转为左位，使切断缸上升、镦粗缸后退。
④停止。上升行程开关和后退行程开关分别使换向阀14、15回到中位，切断液压缸、镦粗液压缸停止动作。
3液压元件选择和设计计算
其中关键是垂直液压缸切断力的计算以及水平液压缸镦粗力的计算。参考金属塑性加工及锻压方面的计算方法［3］［4］，分别计算如下：
（1）板料切断所需的剪力P1=F.τ=140×1.6×75×9.8=165.64kN。式中：F为剪切断面面积，按最大值140（板料中金属线根数）×1.6（金属线最大直径）计算；τ为板料抗剪切强度，取750MPa。
（2）镦粗钉头所需的镦粗力P2=K.σ.F=1.52×50×9.8×140×1.6=166.84kN。
式中：F为镦锻形状的投影面积，取值同（1）；
K为根据镦锻条件和头部形状所取的系数，此处取1.52；
σ为板料的抗拉强度，取500MPa。
另外，前苏联C.N.古尔今的计算镦粗力的公式与之类似，只是系数K的选择计算更复杂，要考虑体积应力状态、外摩擦、镦锻形状、是否有石墨润滑等等一系列因素的影响。计算出的镦粗力为163.3kN，与上述计算结果接近。
根据切断力和镦粗力可分别计算出垂直液压缸与水平液压缸的缸径及其他尺寸。继而可设计活塞杆及进行强度、稳定性校核。最后选择液压阀及管道型号、尺寸。
4集成油路的设计
通常使用的液压元件分板式和管式两种结构。管式元件通过油管来实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，结构越复杂，系统压力损失越大，同时占用空间也越大，维修、保养和拆装越困难，因此一般用于结构简单的系统。
板式元件固定在板上，分为液压油路板连接、集成块连接和叠加阀连接。把一个液压回路中各元件合理地布置在一块液压油路板上，这与管式比较，除了进出液压油通过管道沟通外，各元件之间的液压油通过板件内部的集成油路沟通。安装、调试和维修方便，压力损失小，外形美观。但是，其板件结构标准化程度差，互换性不好，结构不够紧凑，制造加工较困难，使用受到限制。
考虑到此液压系统压力较高，以及厂家提出的体积小和维修方便的要求，采用液压油路板式结构。因液压元件较多，为避免油路板上孔道过长，给加工带来困难，所以分为两块大、小油路板，整个液压系统也就分为两部分：工作部分和输入部分。输入部分包括电磁溢流阀、单向阀、压力表开关，液压油也由此进入液压回路。工作部分包括16个阀。为使结构简单，把小油路板用螺钉固定到大油路板上。两块油路板再一起固定在油箱上面。
4结论
此液压系统紧凑、美观，使用、维修方便。配合机械、电气等方面的设计，制钉机每分钟循环次数可达86次。
参考文献
［1］杨宝光主编．锻压机械液压传动．机械工业出版社，1995
［2］杨培元，朱福元．液压系统设计简明手册．机械工业出版社，1995
［3］B.M.米苏日米科夫，M.я.格林别尔克．金属冷镦工艺。机械工业出版社，1964.9
［4］李成功等．锻压技术手册（下册）．国防工业出版社，1989.9(end)
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(1/8/2007) |
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