气排钉制钉机的优化设计

王照锋

（河南职业技术学院，郑州 450046）

0 引言

随着社会的发展，人民生活水平的不断提高，气排钉在建筑、家装行业中得到了广泛的应用［1］。生产气排钉的制钉机的研制在我国起步较晚，制钉机的液压元件和电控设备大多是靠国外进口。国内研究学者也积极开展了制钉机的研制工作，石家庄铁道学院的马立明等［2］设计了制钉机的控制系统，采用可编程序控制器（PLC）控制制钉机的动作，设计的PLC 控制系统可使制钉机每分钟制钉80 片左右。五邑大学的尹学军等［3］设计了制钉机的液压系统，每分钟制钉达到86 片，基本上满足了生产的需要。为了进一步提高制钉机的工作效率，同时延长制钉机的使用寿命，本文分析了影响制钉机的工作效率及变形失效的主要原因，优化了制钉机的机体结构，设置了制钉机各液压缸动作的前置量，有效地提高了制钉机的工作效率，降低了气排钉的生产成本，提高了企业的竞争力。

1 制钉机的工作原理及机械结构

图1 制钉机结构原理图

经研究分析可知，气排钉的生产工艺为：将金属丝拉拔到合适直径→用压扁机械加工成扁圆形→将压扁的丝材排列成整齐的排线→将排线涂胶、烘干制成板料→制动机制钉。由此可见，制钉机的主要任务是把做好的板料制成各种规格的排钉，图1 所示为制钉机的机械机构示意图，制钉机主要由四部分组成：送料机构，冲模压紧切断机构，压帽机构和推料机构。制钉机制钉的工艺流程为：送料机构送料→冲模压紧切断机构压紧切断→压帽机构压帽→压帽机构退回→冲模机构退回→推料机构将制好的排钉推出。其中，冲模机构和压帽机构均采用液压系统。

2 制钉机的优化

2.1 制钉机机体结构优化

目前，国产的制钉机大多采用焊接件，在使用过程中由于在焊缝位置处出现较大的应力集中而变形，从而导致机体容易变形失效。机体如果采用铸钢铸造而成，则可以避免应力集中而产生变形的现象。笔者采用铸钢ZG270-500 铸造机体，减少了机体因为应力集中变形而引起的失效，可以有效地提高制钉机的使用寿命。同时，铸钢的价格较低，相应降低了制钉机的生产成本，具有良好的经济效益。

2.2 制钉机液压系统优化

制钉机的冲模压紧切断机构和压帽机构均采用液压系统，为了提高制钉机的工作效率，传统制钉机的压紧切断液压缸和压帽液压缸在油路上采用串联工作［4］，图2 所示为传统制钉机的液压系统原理图。由图可见，该液压系统是利用一个液压缸的回油来推动另外一个液压缸的动作，当1DT、3DT 同时通电，压紧切断液压缸和压帽液压缸同时工作，由于气排钉的压紧切断和压帽都需要较大的载荷，要求缸两腔的液压油具有较大的压力差，这必然要求系统具有较高的压力，同时也不能保证两缸工作时都具有较大的载荷，如果压紧切断液压缸压力不够或压帽液压缸压力不够，均不能完成压帽动作。

图2 传统制钉机液压系统图

若采用两缸单独供油，两缸动作均设置提前量，这样既能解决系统压力高的问题，同时也能保证两缸所需的载荷。图3 所示为优化的液压系统原理图，当1DT 通电，压紧切断液压缸动作，到达某一位置时，挡块压下行程开关1S，1S 给换向阀2 发信号，使3DT 通电，压帽液压缸同时动作，压紧切断液压缸压紧原料的同时，压帽液压缸到达，开始压帽动作，压帽完成时，挡块下压行程开关2S，2S 给换向阀1、2 同时发信号，2DT、4DT同时通电，压帽液压缸和压紧切断液压缸同时退回，完成一次制钉循环。

图3 优化的液压系统原理图

2.3 PLC 控制系统设计

PLC 控制系统目前广泛应用于工业自动化智能控制领域［5］。通过分析制钉机的工作过程可知，制钉机是典型的循环顺序控制系统，以开关量为控制变量。因此选用 OMRON CP1H 系列PLC，2 个输入信号，2 个输出信号。行程开关提供输入信号，输出信号与液压系统电磁阀连接，控制压紧切断液压缸和压帽液压缸动作，图4 所示为PLC 控制原理图。从离CPU 单元最近的单元开始按次序自动分配I/O 地址，表1 所示为I/O 地址分配情况。

图4 控制原理图

表1 I/O 地址分配值

3 结语

通过对制钉机的机体、液压系统及控制系统的优化，有效地提高了制钉机的使用寿命和工作效率，经多次现场试验，每分钟制钉循环次数均达到120 次以上，大大降低了气排钉的生产成本，满足了目前气排钉生产的需要。

［1］陈铭，王文堂，赵清利.浅谈钢排钉的自动化生产［J］.农业装备与车辆工程，2009，210（1）：51-52.

［2］马立明，李申山，郑丽萍，等.自动制钉机PLC 控制系统［J］.电气传动自动化，2002，24（5）：37-39.

［3］尹学军，刘海刚.制钉机的液压系统设计［J］.机床与液压，2000（2）：55-56.

［4］汪大鹏，吴宪平，夏卿坤，等.对串联液压缸新同步回路的改进［J］.组合机床与自动化加工技术，2003（12）：54-55.

［5］霍罡，樊晓兵.欧姆龙CP1H PLC 应用基础与编程实践［M］.北京：机械工业出版社，2008.