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                           沖擊氣缸的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

                         李雪梅,曾德懷,丁峰
               The Design and Apphcation of Impact Pneumatic Cylinder
            (仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東廣州 510225; 華南理工大學(xué),廣東廣州 510640)
    摘 要:文章介紹沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用場(chǎng)合等,并對(duì)使用過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討。
    關(guān)鍵詞:沖擊氣缸;沖擊功;儲(chǔ)氣室
              中圖分類號(hào):TH138.51  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B  文章編號(hào)：1000-4858(2005)03-0065-02
    1 前言
    在生產(chǎn)實(shí)踐中,有時(shí)遇到某些工作要求用較大的沖擊力或沖擊功才能完成的,例如在給各種五金材料表面打印字碼與標(biāo)記符號(hào)等,又如在竹器廠的削竹車間要求將竹料破開制成竹片以供制作各種竹器之用。為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高工作效率,我們?cè)O(shè)計(jì)制造了一種特殊用途的氣缸--沖擊氣缸,型號(hào)為QGT200x1000,經(jīng)過(guò)試制、調(diào)試,交付用戶安裝,投人運(yùn)行,情況良好。
    2 沖擊氣缸的技術(shù)參數(shù)
      (1) 缸徑D范圍:63、80、125、160、200；
      (2) 行程s范圍:(1-5)D,其中D為缸徑;
      (3) 工作介質(zhì):去除水份、濾塵、油霧的干燥潔凈的壓縮空氣;
      (4)工作壓力:0.25-0.8MPa;
      (5) 耐壓:1.2MPa;
      (6)使用溫度范圍:-5℃~+8O℃ (但在不凍結(jié)條件下);
      (7)環(huán)境相對(duì)濕度:≤95%;
      (8)最大沖擊功與缸徑及行程的關(guān)系,見表1。
                表1：最大沖擊功與缸徑及行程的關(guān)系表
        
    3 沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)與工作原理見圖1,它的結(jié)構(gòu)比普通氣缸復(fù)雜,由中端蓋10以左的工作氣缸及中端蓋以右的儲(chǔ)氣室兩部分紐成,其中工作氣缸由活塞7分成前氣腔A與后氣腔B,而后氣腔B與儲(chǔ)氣室C之間有位于中端蓋中心部分的貯氣孔dO相連通或關(guān)閉,其狀態(tài)決定于活塞后端上的氣室密封墊8與中端蓋的相對(duì)關(guān)系,亦即活塞與中端蓋的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)活塞緊靠中端蓋時(shí),氣室密封墊堵住dO的氣口,此時(shí)后氣腔B與儲(chǔ)氣室C不連通,相反,當(dāng)活塞離開中端蓋時(shí),氣室密封墊也離開中端蓋,立刻打開dO氣口,此時(shí),后氣腔B與儲(chǔ)氣室C連通。因?yàn)閺慕Y(jié)構(gòu)上增加了儲(chǔ)氣室C及氣孔dO、氣室密封墊等,從下述的工作原理分析可知,沖擊氣缸可以產(chǎn)生較大的沖擊力。
               
                                    圖1 沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)原理圖
    4 沖擊氣缸的工作原理
    沖擊氣缸的工作過(guò)程可分為三步來(lái)完成一個(gè)工作周期(參見圖1)。
    第一步:復(fù)位。不管活塞原來(lái)在什么位置,當(dāng)沖擊氣缸進(jìn)行第一步復(fù)位操作時(shí),氣流如圖1所示方向流動(dòng),即氣壓氣體從氣源1出發(fā),經(jīng)過(guò)分水過(guò)濾器② 、調(diào)
壓減壓閥3 、油霧器④ ,進(jìn)入二位五通閥(或三位五通閥)的進(jìn)氣口P,流向氣口A,進(jìn)人沖擊氣缸前端蓋氣口1到達(dá)前氣腔A,在活塞7的左端面上形成壓力,拉動(dòng)活塞及活塞桿1向右運(yùn)動(dòng),直至活塞緊靠中端蓋,此時(shí)氣室密封墊把氣孔d。的氣口端面封蓋住,與氣口1進(jìn)氣的同時(shí),氣腔B中的氣體通過(guò)氣孔dO排出到儲(chǔ)氣室再一起由后蓋氣口2流向二位五通閥氣口B，再經(jīng)排氣口O2排到大氣中去,由于二位五通閥的氣口A進(jìn)氣與氣口B的排氣時(shí)同時(shí)進(jìn)行的,所以當(dāng)活塞緊靠中端蓋后,復(fù)位過(guò)程已經(jīng)結(jié)束。
    第二步:儲(chǔ)氣。當(dāng)二位五通閥換向后,儲(chǔ)氣室內(nèi)的氣流方向與換向前相反,工作氣壓氣體從進(jìn)氣口流向氣口B,到達(dá)后蓋氣O2,進(jìn)人儲(chǔ)氣室C,儲(chǔ)存起來(lái),隨著時(shí)間的增加,室內(nèi)氣體壓力“P氣室”也不斷增大,當(dāng)這個(gè)壓力“p氣室”作用于活塞上的推力“F氣室”≥活塞起動(dòng)壓力“F起”時(shí),即時(shí),活塞開始運(yùn)動(dòng),儲(chǔ)氣過(guò)程結(jié)束,進(jìn)人第三步階段。
    第三步,產(chǎn)生沖擊功。在活塞開始移動(dòng)后,氣室密封墊離開氣孔d。的密封面,后氣腔與儲(chǔ)氣室突然連通了。從這一刻開始,貯氣室中的大量氣壓氣體通過(guò)do
進(jìn)人后氣腔B,在活塞右側(cè)面積上形成推力F推=,由于預(yù)先選擇d＜＜D,推力F推由突然變化到，活塞上的推力突然增加倍,例如若D/d=3,則l=(D/d)2=9倍。由此可見,產(chǎn)生的沖擊力是很大的,具體沖擊力已列于表1中供參考。由實(shí)驗(yàn)大約知道最大沖擊功出現(xiàn)在行程s的55%處,即Smax=0.55S,這個(gè)沖擊過(guò)程,一直進(jìn)行到活塞向前靠在前蓋3為止。至此第二步結(jié)束,也是-個(gè)工作周期的結(jié)束,以后再次回到
復(fù)位狀態(tài),即工作周期為:復(fù)位→儲(chǔ)氣→產(chǎn)生沖擊功→復(fù)位,如此循環(huán)不已,直到預(yù)期工作完成才終止。把上述工作過(guò)程列于表2，便于直觀分析。
                  表2：沖擊氣缸的工作過(guò)程
       
     5 沖擊氣缸的應(yīng)用
    沖擊缸的工作主要是指其產(chǎn)生最大沖擊功的瞬間操作行為。由于沖擊氣缸本身具有產(chǎn)生很大沖擊功的功能,因此特別適合于諸如打印字碼,破竹破木之類只需瞬時(shí)作用的場(chǎng)合。例如某省有一家竹料加工廠,最初選用緩沖氣缸,但未達(dá)到破竹的理想情況,后來(lái)選用沖擊氣缸,就順利地達(dá)到破竹的目的。由此可見,沖擊氣缸的特殊功能越來(lái)越發(fā)揮出不可代替的作用。
    6 結(jié)束語(yǔ)
    通過(guò)對(duì)沖擊氣缸的設(shè)計(jì)、調(diào)試與應(yīng)用,對(duì)沖擊氣缸的特點(diǎn)獲得進(jìn)一步的了解。在調(diào)試過(guò)程中曾出現(xiàn)過(guò)常見的幾種毛病,首先,使用壓力一定要嚴(yán)格控制在
0.25-0.8MPa范圍內(nèi),低于0.25MPa時(shí)活塞不能起動(dòng),不能正常工作,高于0.8MPa,由于產(chǎn)生沖擊功很大,因此對(duì)人身安全造成較大威脅,對(duì)設(shè)備的保養(yǎng)及使用壽命產(chǎn)生不良影響,對(duì)安裝連接附件要求更高的可靠性等。其次是密封泄漏問(wèn)題,由于處于沖擊狀態(tài)下工作,密封性能也會(huì)受到影響,緊固連接件受到?jīng)_擊振動(dòng)的影響容易松脫也是一個(gè)安全隱患問(wèn)題,必須經(jīng)常檢查緊固件的緊固情況,及時(shí)采取防松脫措施,以確保安全使用。
                 
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