气动控制螺旋叶片拉伸机的设计.pdf

气动控制螺旋叶片拉伸机的设计 蒋利强 李正峰 1 朝 阳师范高等专科 学校朝阳1 2 2 0 0 0 2无锡商业职业技术学院无锡2 1 4 1 5 3 摘要 气动控制螺旋叶片拉伸机是利用气缸向上提升支撑板，从而使固定支撑板上的螺杆向上运动，同 时拉伸四片螺旋叶片毛坯，达到螺距要求时气缸停止动作 ，卸下拉伸成形的螺旋叶片，完成整个螺旋叶片的制 作过程。该机具有制造简单、适应性强、效率高、能耗低 、成本低等特点，特别适合用户在维修螺旋输送机时 小批量生产螺旋叶片。文中介绍了螺旋叶片常用的几种加工方法，说明了气动控制螺旋叶片拉伸机的工作原理、 结构以及气动控制回路的设计。 关键词 气动控制；螺旋叶片拉伸机 ；设计 中图分 类号 T H 1 3 8 ． 5 1 T H 2 2 4 文 献标 识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 3 1 1 0 0 2 1 0 3 Abs t r a c tTh e p ne u ma t i c he l i c a l b l a d e s t r e t c he r l i f t s up t h e s up po r t p l a t e b y t h e a i r c y l i nd e r t o mo v e t h e s c r e w fix e d o n t h e s u p p o r t p l a t e u p w a ，a n d s t r e t c h t h e b l a n k s o f f o u r h e l i c a l b l a d e s ；t h e n t h e a i r c y l i n d e r s t o p s w h e n c e r t a i n s c r e w p i t c h i s me t ，wi t h t h e for me d h e l i c a l b l a d e s r e mo v e d ，S O t h a t t h e w h o l e wo r k i n g p r o c e s s f o r h e l i c a l b l a d e s i s f i n i s h e d ．T h e ma c h i n e h a s a d v a n t a g e s o f s i mp l e ma n u f a c t u r e，s t r o n g a d a p t a b i l i t y，h i g h e f f i c i e n c y，l o w e n e r g y c o n s u mp t i o n，l o w c o s t ， e t c ． ，a n d e s p e c i a l l y a p p l i c a b l e t o s ma l l b a t c h p r o d u c t i o n o f h e l i c a l b l a d e s i n t h e c a s e of r e p a i ri n g t h e h e l i c a l c o n v e y o r ．T h e p a p e r i n t r o d u c e s s e v e r a l c o mmo n p r o c e s s i n g me t h o d s for h e l i c al b l a d e s ，w o r k i n g p rin c i p l e a n d s t r u c t u r e o f p n e u ma t i c h e l l c a l b l a d e s t r e t c h e r ，a n d d e s i g n o f p n e u ma t i c c o n t r o l c i r c u i t ． Ke y wo r d s p n e u ma t i c c o n t r o l ；h e l i c a l b l a d e s t r e t c h e r ；d e s i g n 0 引言 螺旋输 送机是水 泥 、粮食 、化工等行 业输送 粉状物料 的主要设备 ，使用面广 ，运转时间长 ，其 螺旋叶片易磨损 。更换磨损 的螺旋 叶片时 ，如从 制造厂家购买 ，往往 费用 较高。一 些水 泥厂 、石 灰厂 、饲料厂非 常需要一种结 构简单 、成本低 的 螺旋叶片加工装置 ，用于 自制螺旋叶片。． 目前螺旋 叶片加工方法 主要有单 片手工热压 成形法 、胎具 热压成 形法 、胎具冷 压成形 法、冷 拉成形法等。 热压成形 法虽然便 于掌握 ，经验成 熟 ，但劳 动条件差 ，生产成本 高 ，效 率也低 ；实践 中探索 出的冷压成形法 ，在室温下进 行操作 ，减少 了加 热工序 ，改善 了劳 动条件 ，节约 了能源 ，提高 了 生产效率 ，但是 ， 需要专用冷压成形胎具 ，适用于 批量生产螺旋叶片。 冷拉成形法是将 螺旋 叶片坯料两端 固定 ，然 后在一端施加外力 ，拉到规定 的螺距为 止。具有 成形工艺 简单 ，操作 方便 ，便于 焊接 ，节 省能源 起重运输机械 2 0 1 3 1 1 等优点‘ 1 1 。 经过对 以上几种 叶 片制作方 法 的 比较 分析 ， 决定采用冷拉成形法来设计气动控制的螺旋 叶片 拉伸机。该 机具 有 省工 、省力 、低 能耗 的特点 ， 且制造简单 、效 率高、适应性 强 ，特别 适合用户 在维修螺旋输送机时小批量生产螺旋叶片。 1 气动控制螺旋叶片拉伸机的结构与工作 过程 气动控制螺旋叶片拉伸机 的结构如图 1所示。 将前法兰式气缸 固定在气缸安装板上 ，并将活塞 杆带螺纹的一头旋入焊接在下支撑板上的垫铁 中， 用螺母 固定 。从支撑板上的 4个月形槽分别穿过 4 根螺纹拉杆 ，螺杆上端穿上一个垫圈后旋上螺母 。 此时 ，分别将 4个螺旋 叶片的另一个 工艺孔穿过 螺钉 ，旋入底座的螺纹孔中固定好。 工作时 ，按下开关 ，使得三位 四通 电磁换 向 阀一端得 电，气缸活塞杆 向上移动 ，同时带动 支 撑板上 的螺纹拉杆 向上运 动，使得一个工艺孔穿 过螺杆 的叶片受拉力变形扭 曲。 一 21 当叶片拉伸 到一个 螺距 的时候 触碰到行程 开 关 ，行程开关立 即将位 置信号转 换成 电信号传递 给电磁 阀，电磁 阀失 电回到 中位 。旋掉螺纹 拉杆 下端的螺母 ，取 下成形 的螺旋 叶片 ，即完成 了 4 片螺旋叶片的制作 l 。 ’ 1 ．底座2 ．螺钉3 ．螺旋叶片4 ．芯轴5 ．螺杆 6 、1 2 、1 8 ．垫圈7、1 3 、1 4 、1 9 ．螺母8 ．下支撑板 9 ．压缩弹簧1 O ．上支撑板1 1 、1 7 ．螺栓1 5 ．立柱 1 6 ．安装板2 O ．气缸 图 1 气动控制螺旋叶片拉伸机的结构图 2 气 动控制 回路的设计 在 自动化设备 当中，气动 回路是 整个装置 的 的神经和执 行机构。螺旋 叶片拉伸 机的主要动力 由气 缸 提供 ，主要 控 制 系统 由各 种气 动 元 器 件 构成。 2 ． 1 气缸的选择 2 ． 1 ． 1 安装形式的选择 ’ 不同系列的气缸有 不同的安装方式 ，主要有 基本 型、脚 座 型、法 兰 型 、U型 钩、轴 耳 型等 。 根据螺旋 叶片拉伸机 的工作情况 ，选 择前法 兰式 气缸 。 2 ． 1 ． 2 缸径的选择 根据工作机构所需力 的大小 确定活塞杆 上 的 推力和拉力 ，从而确定气缸内径。 一 般通过实验测量拉伸一个 叶片成形所 需 的 平均拉 力。如 拉制 西 l 5 0的叶 片所 需 的拉力 F 2 3 0 0 N。由于气缸 同时拉 伸 4个螺旋 叶片成 形 ， 所 以气缸所克服的阻力．厂 4 F 9 2 0 0 N，根据气缸 F 内 径与所承受载荷的公式 P ， d 取1 5 0 m m 。 A 一 2 2 2 ． 1 ． 3 行程 的选择 由于螺旋叶片的螺距 S1 2 0 m m，所以气缸 的 行程应略大于 ．s ，根据现有气缸标准 ，确定气缸 的 行程为 1 5 0 mm，所选气缸参数见表 1 。 表 1 气缸技术 参数 表 安装 活塞杆 活塞杆 工作压力 气 口接头 方式 螺纹／ mm 直径／ m m ／ MP a ／ 英寸 ．F A M3 6X272 4 0 0． 1～1 ． 0 G3 ／4 2 ． 2 气动与电路原理图的设计及元器件的选择 气动 回路原理 图如图 2所示 1 气缸 1 6 0 1 5 0一F A；2 三位四通 电磁阀Q 3 4 D 2 CL 1 5 ； 3 三联件 滤清气 、减压 阀、油雾器 Q L P Y 2 1 5 1 5 0 4一 G 1 ／ 2 3 7 ；4 单向阀X Q 1 1 1 5 。 图 2 气动原理 图 电路原理 图如 图 3所示 ，工作 时 ，按下 开关 S B 3，气泵 开始 工作 ，当集气 罐 的气压 达到 饱 和 时，开关 S B 6断 开，气 泵 停 止 工作 。按下 开关 S B 1 ，使三位 四通 电磁 阀左位得 电，电路形 成 自 锁 ，气缸下 口为进气 口，活塞杆 拉动螺旋 叶片向 上运动。在到达一个螺距 的地 方触碰到行程 开关 S B 4 ，使 电路断开 ，电磁换 向阀回到 中位 ，气缸停 止动作 ，即完 成 叶片 的制作 。取下 成形 的 叶片 ， 按下开关 S B 2 ，电磁 阀右位得电，气缸上 口为进气 口，活塞杆带 动拉杆 向下运动 。当拉杆 回到原位 时，按下开关 S B 5 ，气缸停止动作 ，即完成 了一个 工作循环。 3 支撑板上月形槽的计算 螺旋 叶片在拉伸 时，由于存在 变形 ，且 拉伸 起重运输机械 2 0 1 3 1 1 9 3 、 、 7 8 2 、 1 1 6 加 ” 2 M u m 9 8 5 4 32● S B1 图 3电路原 理图 时必须使叶片具有一定 的螺旋升角。为 了保证螺 旋 叶片一 端所受拉力始终保 持竖直 向上 ，所 以拉 杆必须随着螺旋 叶片上 的工艺孔在水 平面上做 曲 线运动。因此 ，上 下支撑板上穿 过拉杆 的槽 为月 牙形 ，如 4所示。因为拉杆在整个 工作过 程 中偏 移不是很大 ，所 以只需计算 出在整个拉伸过 程 中 的起始位置 坐标 和终点位置坐标 ，再将其用 圆弧 过渡光滑连接 ，即为月形槽 的大致轮廓。 f A t ／ ／ { ＼ 口 l D ， l I C 2 t 一 C 、／ ／ 图4 支撑板简图 如图 4所示 ，设支撑 板 中心 为坐标原 点 ，建 立如图所示直角坐标系 x o y 。已知拉杆处于原始位 置时 ，4个拉 杆 的坐标分 别 为 A 0，1 7 1 ． 5 ； 1一 1 7 1 ． 5 ，0 ； C 1 0 ， 一 1 7 1 ． 5 ； D 1 7 1 ． 5 ，0 。叶片拉伸成 形时 ，工艺孔绕 圆心的 旋转角为 一O L 2 6 ． 3 5 。 ，工艺孔距离 圆心半径 r 起重运输机械 2 0 1 3 f 1 1 十 jj m m o 计算得叶片拉伸到一个螺距时 4个拉杆的 坐 标 分 别 为 A 一 l 4 ． 6 5 ， 1 5 9 ． 5 7 ； 一1 5 9 ． 5 7 ， 一1 4 ． 6 5 ；C 2 1 4 ． 6 5 ， 一1 5 9 ． 5 7 ； D 2 1 5 9 ． 5 7 ，1 4 ． 6 5 。 因为工艺孔偏离原位 的角度很小 ，所以可 以把 不规则的曲线状月形槽视为圆弧形， 其圆周半径 ， 3 77 m m 丁 丁 气动式螺旋叶片拉伸机见图5 。 图5 实物图片 4 结束语 气动式螺旋叶片拉伸机在实际应用中节约了 成本 ，提高 了工作效 率 ，具 有很 好 的市场前 景。 但气缸的工作压力相对液压缸较低，工作环境要 求较高，气动式螺旋叶片拉伸机比较适合 中小型 叶片的制作，如果要制作大型螺旋叶片可考虑采 用液压缸来替代气缸。 参考文献 [ 1 ]哈淑霞，李文才．螺旋叶片冷拉成形技术 [ J ] ．起重 运输机械，1 9 8 5 5 4 9 5 1 ． [ 2 ]李正峰，王岭．一种立 式螺旋叶片拉伸机 中国， Z L 2 01 2 2 0 1 6 0 5 4 0 ． 2 『 P] ．2 0 1 21 10 7 ． [ 3 ]张展．机械设计通用手册 [ M] ．北京机械工业出 版社 ，2 0 0 8 ． 作 者蒋利强 地 址辽宁省朝阳市双塔区龙山街 4段 9 6 6号朝 阳师 范高等专科学校生化工程系 邮 编1 2 2 0 0 0 收稿 E t 期2 0 1 3 0 4 0 1