冲击气缸的设计与应用

                           冲击气缸的设计与应用

                         李雪梅,曾德怀,丁峰
               The Design and Apphcation of Impact Pneumatic Cylinder
            (仲恺农业技术学院,广东广州 510225; 华南理工大学,广东广州 510640)
    摘要:文章介绍冲击气缸的结构特点、工作原理、技术参数及应用场合等,并对使用过程中存在的问题进行了探讨。
    关键词:冲击气缸;冲击功;储气室
              中图分类号:TH138.51 文献标识码:B 文章编号：1000-4858(2005)03-0065-02
    1 前言
    在生产实践中,有时遇到某些工作要求用较大的冲击力或冲击功才能完成的,例如在给各种五金材料表面打印字码与标记符号等,又如在竹器厂的削竹车间要求将竹料破开制成竹片以供制作各种竹器之用。为了减轻工人的劳动强度,提高工作效率,我们设计制造了一种特殊用途的气缸--冲击气缸,型号为QGT200x1000,经过试制、调试,交付用户安装,投人运行,情况良好。
    2 冲击气缸的技术参数
      (1) 缸径D范围:63、80、125、160、200；
      (2) 行程s范围:(1-5)D,其中D为缸径;
      (3) 工作介质:去除水份、滤尘、油雾的干燥洁净的压缩空气;
      (4)工作压力:0.25-0.8MPa;
      (5) 耐压:1.2MPa;
      (6)使用温度范围:-5℃~+8O℃ (但在不冻结条件下);
      (7)环境相对湿度:≤95%;
      (8)最大冲击功与缸径及行程的关系,见表1。
                表1：最大冲击功与缸径及行程的关系表

    3 冲击气缸的结构特点
    冲击气缸的结构与工作原理见图1,它的结构比普通气缸复杂,由中端盖10以左的工作气缸及中端盖以右的储气室两部分纽成,其中工作气缸由活塞7分成前气腔A与后气腔B,而后气腔B与储气室C之间有位于中端盖中心部分的贮气孔dO相连通或关闭,其状态决定于活塞后端上的气室密封垫8与中端盖的相对关系,亦即活塞与中端盖的相对关系。当活塞紧靠中端盖时,气室密封垫堵住dO的气口,此时后气腔B与储气室C不连通,相反,当活塞离开中端盖时,气室密封垫也离开中端盖,立刻打开dO气口,此时,后气腔B与储气室C连通。因为从结构上增加了储气室C及气孔dO、气室密封垫等,从下述的工作原理分析可知,冲击气缸可以产生较大的冲击力。

                                    图1 冲击气缸的结构原理图
    4 冲击气缸的工作原理
    冲击气缸的工作过程可分为三步来完成一个工作周期(参见图1)。
    第一步:复位。不管活塞原来在什么位置,当冲击气缸进行第一步复位操作时,气流如图1所示方向流动,即气压气体从气源1出发,经过分水过滤器② 、调
压减压阀3 、油雾器④ ,进入二位五通阀(或三位五通阀)的进气口P,流向气口A,进人冲击气缸前端盖气口1到达前气腔A,在活塞7的左端面上形成压力,拉动活塞及活塞杆1向右运动,直至活塞紧靠中端盖,此时气室密封垫把气孔d。的气口端面封盖住,与气口1进气的同时,气腔B中的气体通过气孔dO排出到储气室再一起由后盖气口2流向二位五通阀气口B，再经排气口O2排到大气中去,由于二位五通阀的气口A进气与气口B的排气时同时进行的,所以当活塞紧靠中端盖后,复位过程已经结束。
    第二步:储气。当二位五通阀换向后,储气室内的气流方向与换向前相反,工作气压气体从进气口流向气口B,到达后盖气O2,进人储气室C,储存起来,随着时间的增加,室内气体压力“P气室”也不断增大,当这个压力“p气室”作用于活塞上的推力“F气室”≥活塞起动压力“F起”时,即

时,活塞开始运动,储气过程结束,进人第三步阶段。
第三步,产生冲击功。在活塞开始移动后,气室密封垫离开气孔d。的密封面,后气腔与储气室突然连通了。从这一刻开始,贮气室中的大量气压气体通过do
进人后气腔B,在活塞右侧面积上形成推力F推=

,由于预先选择d＜＜D,推力F推由

突然变化到

，活塞上的推力突然增加

倍,例如若D/d=3,则l=(D/d)2=9倍。由此可见,产生的冲击力是很大的,具体冲击力已列于表1中供参考。由实验大约知道最大冲击功出现在行程s的55%处,即Smax=0.55S,这个冲击过程,一直进行到活塞向前靠在前盖3为止。至此第二步结束,也是-个工作周期的结束,以后再次回到
复位状态,即工作周期为:复位→储气→产生冲击功→复位,如此循环不已,直到预期工作完成才终止。把上述工作过程列于表2，便于直观分析。
表2：冲击气缸的工作过程

     5 冲击气缸的应用
    冲击缸的工作主要是指其产生最大冲击功的瞬间操作行为。由于冲击气缸本身具有产生很大冲击功的功能,因此特别适合于诸如打印字码,破竹破木之类只需瞬时作用的场合。例如某省有一家竹料加工厂,最初选用缓冲气缸,但未达到破竹的理想情况,后来选用冲击气缸,就顺利地达到破竹的目的。由此可见,冲击气缸的特殊功能越来越发挥出不可代替的作用。
    6 结束语
    通过对冲击气缸的设计、调试与应用,对冲击气缸的特点获得进一步的了解。在调试过程中曾出现过常见的几种毛病,首先,使用压力一定要严格控制在
0.25-0.8MPa范围内,低于0.25MPa时活塞不能起动,不能正常工作,高于0.8MPa,由于产生冲击功很大,因此对人身安全造成较大威胁,对设备的保养及使用寿命产生不良影响,对安装连接附件要求更高的可靠性等。其次是密封泄漏问题,由于处于冲击状态下工作,密封性能也会受到影响,紧固连接件受到冲击振动的影响容易松脱也是一个安全隐患问题,必须经常检查紧固件的紧固情况,及时采取防松脱措施,以确保安全使用。