气动打钉机手柄振动加速度检测研究与实验.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 7 ． 2 0 1 6 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． is s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ．2 0 1 6 。 0 7 ． 0 0 8 气动打钉机手柄振动加速度检测研究与实验 毛乾晖， 路 波 ， 郑智剑 ， 任志胜 国家气动产品质量监督检验中心 ， 浙江 奉化3 1 5 5 0 0 摘要 该文通过对{ I S O 8 6 6 2 1 1 1 9 9 9 A MD便携式手提动力工具 手柄振动测量 第 1 1 部分接合件传动工具 标准的研究， 结合国内实 际情况搭建了气动打钉机手柄振动加速度测试系统， 对气动打钉机手柄的振动加速度检测方法进行了分析和实验研究 ， 为气动工具 性能的提升提供科学合理的检测数据。 关键词 气动打钉机； 振动加速度； 手柄； 检测设备 中图分类号 T H1 3 8 ． 5 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 7 0 0 2 1 0 4 Ex p e r i me nt a l Re s e a r c h o n t h e Vi b r a t i o n Ac c e l e r a t i o n o f Pn e u ma t i c Na i l e r s Ha n d l e M AOQi a n -h u i , L UB o , Z HE NGZ h i - j i a n , R E NZ h i -- s h e n g Na t i o n a l Qu a l i t y S u p e r v i s i o n a n d I n s p e c t i o n C e n t e r o f P n e u ma t i c P r o d u c t s ， F e n g h u a 3 1 5 5 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e s t a n d a r d “ Ha n d h e l d p o r t a b l e p o we r t o o l s Me a s u r e me n t o f v i b r a t i o n a t t h e h a n d l e P a rt 1 1 Fa s t e n e r d r i v i n g t o o l s ”i s r e s e a r c h e d i n t h i s p a p e r ． Co mb i n e d wi t h t h e a c t u a l d o me s t i c c i r c um s t a n c e s ， t h e s y s t e m f o r t e s t i n g t h e v i b r a t i o n a c c e l e r a t i o n o f p n e um a t i c n a i l - e r s h a n d l e i s e s t a b l i s h e d ． Mo r e o v e r , t h e a n a l y s i s an d e x p e r i me n t a l r e s e a r c h o n t h e t e s t i n g me tho d o f v i b r a t i o n a c c e l e r a t i o n o f p n e um a t i c n a i l - e r s h an d l e i s a l s o c o n d u c t e d ． Th e r e s u l t s c a n p r o v i d e t h e s c i e n t i fi c a n d r e a s o n a b l e me a s ure d d a t a t o i mp r o v e the p e r f o r ma n c e o f p n e u ma t i c t o ol s ． Ke y wo r ds p n e uma t i c n a i l e r s ； v i b r a t i o n a l a c c e l e r a t i o n ； h an d l e ； t e s t i n g e q u i p me n t O 引言 ． 气动打钉枪是以压缩空气为动力源的一种比较典 型 、 常见 的实用型气动工具。当食指扣击扳机时 ， 高压 气体从储能腔快速充人气缸后腔， 气缸活塞在高压气 体的推动下加速运动， 连接气缸活塞的枪针撞击枪钉 ， 使枪钉快速植人对象中， 是加工、 装潢、 包装 、 家具生产 等领域常用的气动打钉设备。气动打钉枪内部采用安 全气压 O ．6 3 M P a 以下 ， 不消耗燃料 ， 排气中无任何污 染物质 ， 大型钉枪本身还带有安全装置属于安全环保 类高速自动化工具。 气动打钉枪还具有体积小 ， 质量轻 ， 成本低 ， 结构 简单 ， 移动方便等特点 ， 比起一般 的手工 打钉方便 许 多 。 收稿 日期 2 01 6 0 5 1 0 基金项 目 国家质监总局科 技计 划项 目 2 0 1 4 QK 2 0 6 作者 简介 毛乾 晖 1 9 8 4 一 ， 男 ， 浙 江宁 波人 ， 工程师 ， 工程 硕士 ， 主要研 究方向为气动产品测试技术 、 气动设备及标准的研究。 - - 4 - - [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 『 4 】 4 - - 一 - - 一 - 参考文献 1 气动打钉枪的工作原理 气动打钉枪的工作原理其实就是冲击气缸Ⅲ 原理 的一个应用实例。气动打钉枪结构如图 1 所示 。 进 C 口 图 1气动打钉枪结构示意图 孙恒， 陈作模． 机械原理 7版[ M】 ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 6 ． 许炳辉 ． 气动手册【 M】 ． 上海 上海科学技术出版社， 2 0 0 5 ． 雷天觉． 新编液压工程手册下册[ M] ． 北京 北京理工大学出 版， 1 9 9 8 ． 左健民． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工 业出版社 ， 1 9 9 9． [ 5 ] 向晓汗． 7 - 2 0 0 S MAR T P L C完全精通教程【 M】 ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 1 3 ． [ 6 】 R a m o n P a l l a s - A r e n y ， J o h n G ．We b s t e r 著． 传感和信号调节 第2 版 【 M】 ． 张伦， 译． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 3 ． [ 7 ] 王传顺， 田炜， 张成兴． 全 自动堵片压装机的设计与调试【 J ] ． 内燃机， 1 9 9 6 ， 6 2 6 2 9 ． 2 1 zzzPsgiolePfrp 液 压 气 动 与 密 “ ／2 01 6年 第 0 7期 当压缩空气 通人蓄能腔时 ， 扣动扳机使 引起管道 内压力与柱塞阀两侧形成压力差 ， 并使其开启， 压缩空 气从 阀口涌人 冲击活塞底部 ， 使 活塞迅速撞击枪钉完 成射钉过程 。松开扳机时 ， 引气管与储能腔导通 ， 此 时 柱塞阀左右两端受到的气体压力相等 ， 但是柱塞阀右 端还受到一个弹簧力作用 ， 导致 柱塞阀关闭 。活塞有 杆腔 返回空气存储腔 中的气体压力远远大于冲击活 塞右端 的压力 ， 在这个压力差 的作用下 ， 冲击活塞 回到 初始位置。 2 气动打钉枪检测与研究状况 气动产业作为一种以高压气体为动力源的新兴产 业 ， 国内对其产品性能的检测方法还是 比较缺乏。许 多气动工具 的检测标准还是 沿用 2 0 世纪 9 0 年代制定 行业标准。 2 0 1 0 年， 国家凿岩机械与气动工具标准化技术委 员会对 4 个气动标准进行 了修订 】 。然而此次修改只 对其进行了编辑性修改， 增加了抽样方案 ， 主要技术内 容没有变化 。气动打钉机标准也 在其 中， 修订 标准 中 并未对其检测项 目进行修订 ， 依然参 照 1 9 9 5 年 的标准 中的检测项 目， 并无增 加气动打钉机手柄振 动加速度 项 目的检测 。 国内气动工具手柄加速度的检测标准还只针对于 大型的凿岩机械中。随着国民经济的飞速增长， 气动 产 品的不 断更 新换代 ， 原有的气动产 品标准 已经跟不 上现有气动产 品增长趋 势。越来越多的气动企业与高 校合作研究 ， 走上产、 学、 研相结合的道路， 气动工具研 究也逐渐提上 日程 。相对国内来说， 国外对气动产 品的性能检测 比较成熟 ， 已经有 了比较完善 的检测设 备和检测技术。早在 2 0 世纪 7 O年代初 ， 国外 电动工具 制造商就开始人体工程学的研究 ， 已在减少工具作业 时产生 的噪声 、 振动 、 粉尘 、 电磁干扰等方 面取得 了显 著成效。1 9 8 8 年就对手持式工具的安全性能进行测量 检定建立 了相应 的标准 。欧洲 国家 的标准u O l [ “ l 中对气 动钉枪振动加速度的检测方法一直采用 I s 0 8 6 6 2 1 1 1 9 9 9 AMD便携式手提动力工具 手柄振动测量 第 1 1 部 分接合件传动工具 n 21标准， 并沿用至今。 国内 目前在检测 电动工具 手柄振动加速度 时 ， 采 用测量的方法是 将加速度传感器安装在气动打钉枪 手柄位置 ， 振动信号由传感器采集传送到振动采集分 析测量仪器。测量仪测量仪器一般由传感器 、 放大器 和电平指示器组成 ， 还应包括频率计权和频带限定滤 波器网络。为了避免传感器及其固定件的总质量对i 贝 0 量结果产生影响 ， 传感器必须体积小 ， 质量轻 。在测量 具有 冲击 机构工具 的振动时 ， 为尽量减小可 能出现 的 测量误 差， 有可能需要采 用附加的机械滤波器 。因为 高频振动分量的较高加速度会引起传感器的 自身谐 振 ， 在测量频率范围内产生错误信号。为了减小对振 动加速度检测的测量误差 ， 一般应分别经过3 个操作者 的多次测量后 标准中一般测量次数至少为 5 次 ， 通过 公式 ， 计算处气动 打钉枪的整体算数平均值 。然 而其 是否也 能适 用于 日常使用 的气动工具 ， 如气 动打钉枪 振动加速度的检测， 则有待我们研究。 3 气动打钉枪手柄振动检测 的组成 根据气动打钉枪振动加速度的检测要求完成测试 系统的结构图 ， 如图2 所示。 8 ／ l 垦 叠 l 醢闺 I蓑 l II块 l I块 l 1 一 气源2 一 过滤器3 一 减 压阀4 一 进气 截止 阀 5 一 压力表 6 一 被测钉枪7 一 加速度传感器8 一 信号采集与分析系统 图2 测试 系统 结构 图 气源气压经过过滤器和减压阀进行调压后通人被 测钉枪。然后通过加速度传感器对打钉振动加速度进 行采集 、 过滤， 分析。最后在显示器上形成振动加速度 曲线。 4 气动打钉枪打钉实验 4 ． 1 仪器的选择与安装 气动钉枪振动加速度的检测方法参考I S O 8 6 6 2 1 1 1 9 9 9 标准 】 中所述进行 。 1 实验仪器的选择 为使测得 的振动值在一定 范围 内就有可 比性 ， 气 动打钉枪手柄振动测量仪器应符合 G B T 2 3 7 1 6 2 0 0 9 ／ I S O 8 0 4 1 2 0 0 5 标准 的要求 ， 平率范围覆盖中心频率 6 ． 3 ～ 1 2 5 0 H z 的 1 ／ 3 倍 频程 、 中心频率 为 8 ～ 1 0 0 0 Hz 的倍 频程测量。因此实验选用的传感器如图 3 所示 。 图 3 压 电式传 感器 实物 图 zzzPsgiolePfrp zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp 液 压 气 动 与 密 封 ／2 0 1 6年 第 0 7期 均计权加速度值。 一 一I 。 r 口 并且 ， 该操作测量 的总 口 应 由三个方 向上测得 的 口 进行合成 Ⅱ 『 0 口 n r 通过实验发现 由于打钉枪 的工作方 向X ／ Y轴上检 测 的振动 加速度为零 ， 因此 以下所 测加速 度值 皆为 z 轴方向的手柄振动加速度值。 4 ． 3 测量结果分析计算 设置低通滤波后对该样品连续测量手柄振动加速 度 1 O 次 ， 得到测量结果如表 1 所示 。 表 1振动 加速度测量结 果 序号 频率计权加速度 r Il ／ s 1 7 2．73 1 2 7 3．40 3 得到振动加速度的算术平均值为 ． ；一7 2 ． 0 3 4 m／ s 。 n ■ 一‘ 单次实验标准偏差 S n - I √ 动 ≈ 0 ．9 m ／ s 变异系数 c 0 ． 0 1 2 5 小于标准要求0 ． 1 5 ， 因此本次测量有效。 在欧盟2 0 0 2 ／ 4 4 ／ E C 振动指令中规定 日接振限值A 8 不得超过 2 ． 5 m ／ s 。应用要求是一旦作业场所的A 8 超过 2 ．5 m ／ s ， 则雇主必须采取相应措施将振动降 低 ； 同时在任何情况下， A 8 不得超过 日接振限值。 A 8 口 f 鲁 0 式中 振幅为 口 的总接振时间， 单位h ； 参考时间， 8 h 。 设本次研究钉枪 日打钉次数为 n ， 因此 由 r - ’ A 8 Ⅱ f 2 ．5 得到 n 一 1 1 5 次 、 f 1 0 5 结论 1 依据 G B T 2 3 7 1 6 2 0 0 9 a S O 8 0 4 1 2 0 0 5 人体对 振动的反应一 测量仪器 标准的要求， 搭建了手柄振动 加速度测量 系统 ， 并对气 动打钉枪手柄振动加速 度进 行实验测量 ， 测量结果的变异系数远远小于标准要求 的0 ． 1 5 ， 测量实验有效， 重复性好， 符合检测标准要求。 2 对 F 3 0 型气动打钉枪的手柄振动加速度测量 条件 、 测试方法及滤波器参数设置进行 了分析研究 ， 为 非电动手持式气动工具手柄振动加速度的检测方法提 供详细的参考。 3 以F 3 0型气动 打钉枪为例 ， 通过所测振动加速 度得到该钉枪的最大 日使用次数 ， 为使用者提供计算 实例和参考 ， 以防止过度操作引起专业疾病等u 等 问题。 参考文献 [ 1 】 李雪梅， 曾德怀， 丁峰． 冲击气缸的设计与应用[ J 】 ． 液压与气 动， 2 0 0 5 ， 3 6 5 - 6 6 ． [ 2 ]2 J B ／ T 7 7 3 9 2 0 1 0 ， 气动打钉机[ s 】 ． [ 3 ]3 J B ／ T 5 1 2 8 - 2 0 1 0 ， 端面式气动砂轮机[ s ] ． [ 4 】 J B ／ T 9 8 7 4 2 0 1 0 ， 气钻【 S ] ． 【 5 】 J B ／ T 9 8 5 0 - 2 0 1 0 ， 气动铆钉机【 s 】 ． 【 6 】 G B ／ T 8 9 1 0 ． 2 - 2 0 0 4 ， 手持便携式动力工具手柄振动测量方 法 第二部分 铲和铆钉机[ s 】 ． [ 7 】 G B ／ T 8 9 1 0 ． 1 - 2 0 0 4 ， 手持便携式动力工具手柄振动测量方 法 第一部分 总则【 S 】 ． [ 8 ] 李晓平， 张惠军， 刘毅， 等． 工作场所手传振动测量[ J 】 中国安 全生产科学技术， 2 0 0 9 ， 5 4 ． [ 9 ]9 朱强． 人体工程学与电动工具[ J 】 I 电动工具． 2 0 0 5 ， 2 ． [ 1 0 】E N 7 9 2 ／ 1 3 ， Ha n d h e l d N o n e l e c t ri c P o w e r T o o l s S a f e t y R e q u i r e m e n t s P a r t 1 3 F a s t e n e r D ri v i n g T o o l s [ S ] ． 【 1 1 】E N 2 8 6 6 2 1 1 9 9 2 ， H a n d h e l d P o r t a b l e P o w e r T o o l s Me a - s u r e me n t o f V i b r a t i o n s a t t h e H a n d l eP a rt 1 G e n e r a l [ S ] ． [ 1 2 】I S O 8 6 6 2 1 1 1 9 9 9 ／ A md ． h 2 0 0 1 E ， Ha n d h e l d P o r t abl e P o w - e r T o o l s Me a s u r e me n t o f Vi b r a t i o n s a t t h e Ha n d l e P a r t 1 1 F a s t e n e r D ri v i n g T o o l s [ S 】 ． [ 1 3 】G B T 2 3 7 1 6 - 2 0 0 9 ／ I S O 8 0 4 1 2 0 0 5 ， 人体对振动的反应一 测量 仪器【 s ] ． [ 1 4 ]尹海霞． 手持式电动工具手柄振动的测量与限值应用[ J ] ． 电 动工具， 2 0 0 8 ， 4 2 0 - 2 3 ． [ 1 5 ]张凯， 林立， 许萍， 等． 振动作业工人早期症状及诊断指标 的 探讨[ J ] ． 济宁医学院学报， 2 0 0 6 ， 2 9 4 8 - 9 ． zzzPsgiolePfrp