液压打钉机设计.pdf

2 0 1 3年 1 1 月 第 4 1 卷 第2 2期 机床与液压 MACHI NE T 00L HYDRAULI CS NO V ． 2 0l 3 Vo 1 ． 4l No ． 2 2 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 2 2 ． 0 3 4 液压打钉机设计 钟转转 ，陈海峰 ，胡玉莹 陕西科技大学机电工程 学院，陕西西安 7 1 0 0 2 1 摘要随着托盘在现代物流业中的不断普及 ，其生产的重要性也日趋增大，木制托盘 占托盘主导地位，为了促进物流 业的发展，开发木托盘的生产线已刻不容缓。通过分析木托盘的生产工艺及研究 目前木托盘生产过程中存在的问题，针对 木托盘生产流水线中的关键设备 自动液压打钉机进行详细设计，并介绍了打钉机的结构和设计方法，为木托盘生产线 的设计提供参考。 关键词木托盘；木托盘生产线；自动打钉机 ；液压系统 中图分类号T H1 2 2 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 2 0 9 3 4 De s i g n o f Hy dr a u l i c Na i l i n g M a c h i ne Z H0NG Zh u a n z h ua n，CHEN Ha i f e ng，HU Yu y i n g C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g ， S h a a n x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， ． X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 2 1 ，C h i n a Ab s t r a c t P a l l e t ’ S p r o d u c t i o n l i n e b e c o me mo r e a n d mo r e i mp o r t a n t ，a s i t s p o p u l a r i z a t i o n i n l o g i s t i c s i n d u s t r y ． W o o d e n p a l l e t h o l d s a l e a d i n g p o s i t i o n i n p a l l e t a r e a ．An a u t o ma t i c h y d r a u l i c n a i l i n g ma c h i n e w h i c h w a s t h e k e y ma c h i n e i n p r o d u c t i o n l i n e wa s d e s i g n e d b y a n a l y z i n g t h e ma n u f a c t u r e p r o c e s s o f w o o d e n p a l l e t a n d r e s e a r c h i n g t h e p r o b l e m i n p r o c e s s ， a n d t h e s t r u c t u r e a n d d e s i g n me t h o d o f t h e n a i l i n g ma c h i n e we r e i n t r o d u c e d ．T h i s r e s e a r c h c a n o ff e r r e f e r e n c e f o r t h e d e s i g n o f wo o d e n p a l l e t s ’ p r o d u c t i o n l i n e ． Ke y wo r d s Wo o d e n p all e t ；P r o d u c t i o n l i n e o f w o o d e n p all e t s ；Au t o ma t i c n a i l i n g ma c h i n e ；Hy d r a u l i c s y s t e m 1 木托盘生产的工艺分析 随着托盘的广泛应用 ，木托盘是一种最传统和最 普遍的类型。由于木材具有价格低廉、易于加工、成 品适应性强、可以维修等特点，而为绝大多数用户采 用 。 传统木托盘的加工过程是将木板烘干、锯好， 压料 、刨料等 ，然后人工拼装板条 ，再用卷钉枪将钉 子打进木板后 固定 ，然后再放一层板 ，再次用卷钉枪 将木板钉好 ，如此反复 ，直至木托盘成型 。这样 的 生产工艺导致从原料到制成品的堆放都是手工劳动 ， 机器无法介入 ，使得 劳动强 度太 大 ，如今 8 0后 、9 0 后很少有人愿意从事劳动强度这么大的工作，造成了 木托盘 生产 的不畅。而且 ，卷钉枪 自重大 ，工人 手持 卷钉枪工作很容易疲劳，更容易出现事故，工人的安 全没有保障。另外卷钉枪的寿命短，装钉数量有限， 需要停机装钉，钉子成本高，使用卷钉枪时劳动效率 低下等，都要求实现打钉工艺的机械化。 随着机械 自动化的发展 ，大部分企业开始使用半 自动打钉机 ，该设备采用曲柄摇杆机构将钉子摇到导 钉槽 ，然 后利用 曲柄滑块机构把排成 队的钉子一次一 个拨到导钉管里，最后将钉子打到木板里。变换打钉 位置时，需要工人脚踩转动工件装置。半 自动打钉机 的应用大大降低了木托盘生产的劳动强度，装钉时不 用停机，大大缩短了打钉时间，提高了企业的生产效 率 。然而这套设备 在工作 中有很 多 问题 出现 ，例如 在导钉槽里钉子有时会卡在里面；拨钉 、打钉装置很 容易出现机械磨损 ；而且只能加工一种规格的木托盘 或者更换加 工木托盘的规格时调整设备所用的时间过 长。鉴于此 ，将着重研究一套 自动打钉设备，开发一 条全 自动液压打钉生产线 。 图1 是 型号为 1 2 0 0 m m 1 0 0 0 m i l l 的欧洲 型号 木托盘 。这种样式 的托 盘是单 面使用 ，四 向进 又 。 它 由 9块横向面板和 3块 纵 向衬板 、9个 墩块及 其下 方的 3条底板构成。该托盘的制作工艺是将面板与衬 板先钉在一起 ，然后将底板和墩块钉在一起 ，最后将 这两部分组合后从面板上方打入钉子 ，完成托盘的定 型工作 。 图 1 1 2 0 0 mm x 1 0 0 0 m m木托盘 收稿 日期 2 0 1 21 02 6 作者简介钟转转 1 9 8 8 一 ，女，硕士研究生，主要研究方向是 自动化机械理论与应用、化工过程机械。Ema i l z h o n g z h u a n 7 8 9 1 6 3 ． c o m 。 9 4 机床与液压 第 4 1卷 生产型 号为 1 2 0 0 m m x 1 0 0 0 I n lT l 的木 托盘 ，其 具体生产过程见图2 。将衬板下料，由传送带将衬板 输送到下个工位 ，面板下料 ，到打钉机工位一进行打 钉 ；然后将墩块下料 ， 由传送带将墩块输送 到下个 工 位 ，底 板下料 ，到打钉机工位二 ，随后 由托盘翻转机 构将托盘翻转 ；最后将打钉机工位一 、工位二输 出的 两部分进行组合 ，进入打钉机工位三，从面板上方打 入钉 子 ，这 样就完 成了木托盘的生产。这条生产线能 在木托盘生产过程实现 自动输送和操作，解决了托盘 生产过程 人力 投入 多 、重 复摆 放 及反 复搬 运 等 的 问 题。木托盘生产线中的关键设备为打钉机 ，可以设计 一 台 自动打钉 机 ，满 足生产线 能适应不 同规格 的托盘 加工 ，而且 每次 更换 型号 时 ，设 备 的调 整 时 间小 于 2 h ，同时钉子 的位置也能调整 的要求 。 衬 板 下 料 压 警 蓉H宰 辑H 衽 H器 箕 机 图 2 木托盘生产过程 依据木 托盘 自动生产线技术 要求 ，在吸取 国内外 设备优点的同时，结合国内托盘的规格和实际生产情 况，设计出一台能够适用大部分国内木托盘规格的自 动打钉设备，在真正意义上实现有效节省劳动力的投 入、提高企业生产效率 、降低工人劳动强度的目标。 2打钉机的基本结构 打钉 机 的机 械结 构 如 图 3所示 。根 据 鞋跟 打 钉 机 、后帮打钉机 的打钉 原理 ，结合 木托盘 生产工 艺要求，设计出一台如图 3 所示的自动打钉设备。后 帮打钉机摇钉盒 由抬升气缸驱动 ，而气动装置 的稳 定 性较差 ，而且输 出力或力矩受 限 ，对 于生产木托 盘的 打钉机，摇钉装置载荷较大，而且在打钉过程中有很 重要的地位 ，所以采用 四杆机构来稳定驱动摇钉装置 。 图 3 打钉 机 2 --摇 钉盒 儿 3 一 导钉管 l 0 4 一机 架 5 _ 中横梁 9 6 _ _ 木板 7 一撞针 扶钉盒 9 _ _ 弹簧 8 1 0 一 拉杆 1 l 一 油缸 木托盘打钉机结构，包括钉箱装置及通过9条导 钉管连接的扶钉座 ，扶钉座上设 有 由油缸驱动联动 的 并且和各导钉管对应 的 9枚撞 针 、3组 扶钉盒 ，钉箱 装置分为摇钉盒和斜板 ，摇钉盒 由电动机带动 的四杆 机构驱动 ，在摇钉盒 内和斜板上均置有底条 ，底条上 设有 9条平行的 凹槽构成导钉轨道 ，斜板上的各 凹槽 出 口设有与驱动气缸联动 的拨钉 片 ，各 导钉管 与各 凹 槽 的出 口对 应配合 。该设 备通过 打钉座可将 多枚钉子 均匀快速钉人木板，无偏钉、漏钉，生产效率高，木 托盘的成型质量好 。 3 打钉机结构设计 设计 的打钉机 主要分成摇钉机构 、导钉机构 、扶 钉机构和打钉机构四部分。 打钉机的工作过程是 首先将需要用 的钉子倒入 摇钉盒 内，摇钉机构将 钉子摇 到导钉 槽 至导钉 装置 ， 然后通过拨钉片把钉子拨到漏钉管 内进入导钉管 ，钉 子至扶钉盒 ，由打钉装置将钉子打人木板 内。 3 ． 1摇钉机 构 设计 摇钉机构主要 由摇钉盒 、四杆机构和电动机三部 分组成 。 3 ． 1 ． 1 摇钉盒设计 摇钉盒底板如 图 4所示 ，其设 有 9条 平行 的 l 0 m m 4 m m、长为 6 0 0 m m 凹槽 ，并且 和斜 板 上 的底 条相对应 。由于开的槽 比较多 ，底板的强度 、刚度都 很低 ，所 以应 横跨 摇 钉 盒底 板 焊接 一 根 2 0 m m x 2 0 i n m的方钢 。 盒底 板 图 4 摇钉盒底板 摇钉盒利用四杆机构驱动，将摇钉盒里的钉子有 效地摇到凹槽内，最后输送到斜板。设计的过程中， 取 四杆机构 中摇杆所承受 的力为 1 6 0 0 N来确定 四杆 机构、选取合适的发动机类型。 3 ． 1 ． 2 四杆机构设计 四杆机构 运 用 的是 曲柄 摇 杆 机 构 ，如 图 5 所示 ，摇钉盒固定在摇杆上 ，且摇杆与摇钉盒底板 成 1 4 。 角 ，电动机带 动 曲柄旋 转 。随着 曲柄 的转 动 ， 摇钉 盒上 下摆动 ，将 钉子 摇 到摇 钉盒 底板 的导钉 槽 内 板 斜 一 l 2 l 第 2 2期 钟转转 等液压打钉机设计 9 5 图5 曲柄摇杆机构 经反复试验 ，摇钉盒底板 的上极 限位置 与水平位 置呈 3 0 。 夹 角 ，钉 子可以顺利 地摇 到导钉槽 ，摇 钉盒 底 板下极 限位置与水平 位置呈 4 5 。 。经计 算取 得 ，曲 柄 A B1 1 8 m m，连杆 B C 4 3 8 m m，摇 杆 C D2 4 0 m m。综合考虑强度和刚度要求“ ，曲柄和摇杆选用 宽9 0 m m、厚 3 0 m m、圆头为 b 1 2 0 m m的Q 2 3 5材料。 经强度校核确定该曲柄摇杆机构可以正常工作。 选择额定 功率 为 1 ． 5 k W，满载转 速为 1 4 4 0 r ／ ra i n 的电动机 。 3 ． 2导钉 机 构设 计 导钉机构 由斜板 、拨钉装置 、漏钉管和导钉管 四 部分组成。斜板上置有与摇钉盒内凹槽相对应的底 条 ，在斜板上各底条 的末端设 有一个出钉 口，在出钉 口的相应位 置设 有左右横移的推钉片 ，该推钉片和平 移气缸联动，漏钉管的数量和出钉 口一一对应。打钉 机工作时 ，摇钉盒内钉子被摇到底板上的凹槽 内，排 成队，滑到与机架连接的斜板底条内，钉子滑到出钉 口，推钉片将钉子拨到漏钉管，最后进入导钉管至扶 钉盒 。 斜板是由上下两个板组成，通过螺栓将两板连接 起来，与水平位置呈3 0 。 角，并固定在机架上。该设计 用到 9个钉子同时打 钉 ，所 以需要开 9条槽 ，开 的槽 太多 ，降低了斜板 的刚度和强度 ，故应横跨 斜板安装 两块方钢 ，以提高斜板的强度和刚度。由于斜板的上 板 承受 的力较大 ，所 以上板的厚度应该大 于下板 的厚 度 。取上板的厚度为 6 m l n ，下板的厚度为 2 m l／ 1 。 拨钉装置 由气缸、螺杆、推钉杆和推钉片组成。 气缸作为动力元件 ，使用螺杆与推钉杆连接 ，推钉片 安装在推钉杆上。推钉片上拨钉槽的厚度必须只能容 纳一根钉子，这样才可 以顺利进行打钉 ，取槽厚 3 m m 。 漏钉管是用来接住拨下来的钉子，然后将钉子输 送到导钉管内。经反复试验 ，扶钉盒处的导钉管的倾 斜 角度 为 7 5 。 ，这样钉子 可以顺利 滑到扶钉 盒 内，同 时打钉 时也 不会 和撞 针座相 撞 。选 择 P V C透 明单管 作为导钉管的材料，然后根据漏钉管口径和输送的钉 子直径的大小确定导钉管的外径为 1 2 m m，内径为 1 0 m m。最后根据 漏钉管 到扶钉 盒 的距离选 定导 钉管 的 长度 ，选 用 1 ． 7 m长 的导钉管 。 3 ． 3 扶 钉机 构设 计 扶钉机构由扶钉盒和扶钉盒盖板两部分组成，其 结构如图6所示。导钉管将钉子输送到扶钉盒里 ，钉 子卡在扶钉盒 内，撞 针将钉子压下去打 出扶钉盒 ，最 后打人木板 内。 S 4 1 一 卡 头 2 ～ 弹 簧片 3 ～ 扶 钉盒 4 ～ 压 板 5 ～ 扶 钉盒 盖板 6 一 _ 螺 栓 7 T 型 螺母 8 一挡 板 9 ～ 压 盖 图6 扶钉机构简图 扶钉盒盖板上设有螺栓和 T型螺母 ，通过松开 T 型螺母 ，可以将 扶钉盒左右平移 ，拧松螺栓 ，压板不 起作用 ，扶钉盒盖板带动扶钉盒前后移动，这样就使 得打钉机在 不 同 的工 位 工作 或 生产 不 同型 号 的木托 盘 。 扶钉盒 内设有 和各 导钉管对应的小通孔 ，每个小 通孔中置有卡头、弹簧片、挡板及压盖构成的钉子弹 性挡位装置。这样钉子落人扶钉盒内后，会被卡头卡 住，防止下滑。当启动液压系统，扶钉盒里的钉子受 到 中横梁上撞针 向下 的冲击力 ，钉子 自然挤 开卡头从 扶钉盒钉人木板 ，然后 卡头在弹簧片作用下 回复 ，挡 住下枚钉子。 3 ． 4打钉 机 构设 计 打钉机构由液压系统、撞针、拉杆 、立柱等元件 组成 。 3 ． 4 ． 1 液压系统设计 该设备是 由液压 系统提供动 力进行 打钉的 ，利用 液压系统 的冲击 力将 钉 子压 入 木板 ，速度 快 ，大 约 1 s ／ 次 ，而且钉子钉入木板 后 的深度 相 同。油缸 的活 塞杆与撞针装置 固定一起 ，拉杆将撞针装置 和扶钉装 置连起来 。活塞 向下运动 时 ，撞针 装置 也 向下运动 ， 拉杆上的弹簧受压带动扶钉装置向下运动。当扶钉盒 和木板相撞 ，扶钉装置和拉杆停止运动，撞针克服弹 簧力仍向下运动，将钉子打人木板。完成打钉工作之 后 ，活塞杆带动撞 针装置 、扶钉盒装置 、拉杆 向上运 动，回到最初的位置。液压系统原理图见图7所示。 9 6 机床与液压 第 4 1 卷 l 一 高压 油 泵 2 一 高压溢 流 阀 3 一 二位 二通 电磁 阀 4 一 蓄 能器 5 一 三 位 四通 常 闭 电磁阀 6 一 油缸 7 一 同步 阀 8 一低 压 溢流 阀 低压 油泵 图 7 液压 系统原理 图 打 钉的动作是先向下运动后 向上运动 ，由于 向下 运动阻力越来越大，为了更经济 ，可以利用两个油 泵 ，一个是低压油泵 ，一个是高压油泵 。先打开低压 油泵 9 ，三位 四通 常闭电磁 阀 5打到左 位 ，两个 油缸 的活塞同时开始向下运动，蓄能器 4开始储存能量。 这样三位四通常闭电磁阀的左位形成差动回路 ，回油 封闭，从静止到启动较平稳。当油压达到低压溢流阀 8的调整压力 时 ，溢流 阀打 开 ，给二位 二通 电磁 阀 3 发送一个信号，此时电磁阀打开。再打开高压油泵 1 ，高压油泵和蓄能器共同提供油压 ，活塞继续 向下 运动 ，克 服木板 的大阻力 ，然后将 钉子打入木板 。最 后将 三位 四通常闭 电磁 阀打到右位 ，此时活塞 向上运 动，离开扶钉装置。这样就完成了打钉工作。 3 ． 4 ． 2 撞针设 计 液压 系统的活塞杆通过 吊架与设备 的中横梁 固定 一 起 ，撞 针座安装在 中横梁之下 ，撞针与撞针座 的安 装见 图 8 所示 。 l 一 压板 2 一 撞针 座 3 一 撞针 螺栓 卜 中横梁底板 图 8撞 针 1 个撞 针座安装 3根撞针 ，设 计 的打钉机有 3组 撞针座 。当拧松 螺栓 4时 ，压板 1 不 起作用 ，撞针 3 在撞针座 2开 的槽里左 右移动调节 ，也可以 由撞针座 2带动撞针 3前后移动调节 ，这样 就可 以满足生 产不 同型号木托盘的要求。特别注意 撞针移动的范围必 须根据扶钉 盒可以调节的范围来设计 。 撞 针的长短必须经过计 算取得 ，根据打钉的时候 撞针座不能与导钉管相撞，通过计算取得撞针长为 2 5 5 mm。 4 结束语 结合木托盘生产的实际要求及木托盘的规格 ，设 计 出一 台能够生产不 同类型 的 自动打钉机 。已成功应 用 于木托 盘生产企业 ，有效 降低 了木托盘生产 过程 的 劳动强度 ，提高了企业的生产效率 ，使企业赢得了更 大的利润 。 参考文献 【 1 】h t t p ／ ／ w e n k u ． b a i d u ． c o t r t ／ v i e w ／ c 7 5 c d 8 e 6 5 2 4 d e 5 1 8 9 6 4 b 7 d 8 f ． ht r n 1 ． 【 2 】 全国物流标准化技术委员会． G B ／ T 2 9 3 4 2 0 0 7 联运通用 平托盘主要尺寸及公差 [ ． S ] ． 北京 中国标准出版社， 2 0 08． 【 3 】赖荣杭 具有摇臂压着结构之全自动气压钉跟机 中国， 0 1 2 3 9 3 9 8 ． 3 [ P ] ． 2 0 0 20 3 2 7 ． 【 4 】杨建 国． 后帮打钉机打钉机构 中国， 2 0 0 5 2 0 0 1 3 9 2 4 ． 1 [ P ] ． 2 0 0 6 0 90 6 ． 【 5 】郑甲红． 机械原理[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 6 5 5 6 3． 【 6 】 张功学． 理论力学 [ M] 西安 西安电子科技大学出版 社 ， 2 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