氣排釘制釘機的優化設計

王照鋒

（河南職業技術學院，鄭州 450046）

0 引言

隨著社會的發展，人民生活水平的不斷提高，氣排釘在建筑、家裝行業中得到了廣泛的應用［1］。生產氣排釘的制釘機的研制在我國起步較晚，制釘機的液壓元件和電控設備大多是靠國外進口。國內研究學者也積極開展了制釘機的研制工作，石家莊鐵道學院的馬立明等［2］設計了制釘機的控制系統，采用可編程序控制器（PLC）控制制釘機的動作，設計的PLC 控制系統可使制釘機每分鐘制釘80 片左右。五邑大學的尹學軍等［3］設計了制釘機的液壓系統，每分鐘制釘達到86 片，基本上滿足了生產的需要。為了進一步提高制釘機的工作效率，同時延長制釘機的使用壽命，本文分析了影響制釘機的工作效率及變形失效的主要原因，優化了制釘機的機體結構，設置了制釘機各液壓缸動作的前置量，有效地提高了制釘機的工作效率，降低了氣排釘的生產成本，提高了企業的競爭力。

1 制釘機的工作原理及機械結構

圖1 制釘機結構原理圖

經研究分析可知，氣排釘的生產工藝為：將金屬絲拉拔到合適直徑→用壓扁機械加工成扁圓形→將壓扁的絲材排列成整齊的排線→將排線涂膠、烘干制成板料→制動機制釘。由此可見，制釘機的主要任務是把做好的板料制成各種規格的排釘，圖1 所示為制釘機的機械機構示意圖，制釘機主要由四部分組成：送料機構，沖模壓緊切斷機構，壓帽機構和推料機構。制釘機制釘的工藝流程為：送料機構送料→沖模壓緊切斷機構壓緊切斷→壓帽機構壓帽→壓帽機構退回→沖模機構退回→推料機構將制好的排釘推出。其中，沖模機構和壓帽機構均采用液壓系統。

2 制釘機的優化

2.1 制釘機機體結構優化

目前，國產的制釘機大多采用焊接件，在使用過程中由于在焊縫位置處出現較大的應力集中而變形，從而導致機體容易變形失效。機體如果采用鑄鋼鑄造而成，則可以避免應力集中而產生變形的現象。筆者采用鑄鋼ZG270-500 鑄造機體，減少了機體因為應力集中變形而引起的失效，可以有效地提高制釘機的使用壽命。同時，鑄鋼的價格較低，相應降低了制釘機的生產成本，具有良好的經濟效益。

2.2 制釘機液壓系統優化

制釘機的沖模壓緊切斷機構和壓帽機構均采用液壓系統，為了提高制釘機的工作效率，傳統制釘機的壓緊切斷液壓缸和壓帽液壓缸在油路上采用串聯工作［4］，圖2 所示為傳統制釘機的液壓系統原理圖。由圖可見，該液壓系統是利用一個液壓缸的回油來推動另外一個液壓缸的動作，當1DT、3DT 同時通電，壓緊切斷液壓缸和壓帽液壓缸同時工作，由于氣排釘的壓緊切斷和壓帽都需要較大的載荷，要求缸兩腔的液壓油具有較大的壓力差，這必然要求系統具有較高的壓力，同時也不能保證兩缸工作時都具有較大的載荷，如果壓緊切斷液壓缸壓力不夠或壓帽液壓缸壓力不夠，均不能完成壓帽動作。

圖2 傳統制釘機液壓系統圖

若采用兩缸單獨供油，兩缸動作均設置提前量，這樣既能解決系統壓力高的問題，同時也能保證兩缸所需的載荷。圖3 所示為優化的液壓系統原理圖，當1DT 通電，壓緊切斷液壓缸動作，到達某一位置時，擋塊壓下行程開關1S，1S 給換向閥2 發信號，使3DT 通電，壓帽液壓缸同時動作，壓緊切斷液壓缸壓緊原料的同時，壓帽液壓缸到達，開始壓帽動作，壓帽完成時，擋塊下壓行程開關2S，2S 給換向閥1、2 同時發信號，2DT、4DT同時通電，壓帽液壓缸和壓緊切斷液壓缸同時退回，完成一次制釘循環。

圖3 優化的液壓系統原理圖

2.3 PLC 控制系統設計

PLC 控制系統目前廣泛應用于工業自動化智能控制領域［5］。通過分析制釘機的工作過程可知，制釘機是典型的循環順序控制系統，以開關量為控制變量。因此選用 OMRON CP1H 系列PLC，2 個輸入信號，2 個輸出信號。行程開關提供輸入信號，輸出信號與液壓系統電磁閥連接，控制壓緊切斷液壓缸和壓帽液壓缸動作，圖4 所示為PLC 控制原理圖。從離CPU 單元最近的單元開始按次序自動分配I/O 地址，表1 所示為I/O 地址分配情況。

圖4 控制原理圖

表1 I/O 地址分配值

3 結語

通過對制釘機的機體、液壓系統及控制系統的優化，有效地提高了制釘機的使用壽命和工作效率，經多次現場試驗，每分鐘制釘循環次數均達到120 次以上，大大降低了氣排釘的生產成本，滿足了目前氣排釘生產的需要。

［1］陳銘，王文堂，趙清利.淺談鋼排釘的自動化生產［J］.農業裝備與車輛工程，2009，210（1）：51-52.

［2］馬立明，李申山，鄭麗萍，等.自動制釘機PLC 控制系統［J］.電氣傳動自動化，2002，24（5）：37-39.

［3］尹學軍，劉海剛.制釘機的液壓系統設計［J］.機床與液壓，2000（2）：55-56.

［4］汪大鵬，吳憲平，夏卿坤，等.對串聯液壓缸新同步回路的改進［J］.組合機床與自動化加工技術，2003（12）：54-55.

［5］霍罡，樊曉兵.歐姆龍CP1H PLC 應用基礎與編程實踐［M］.北京：機械工業出版社，2008.