新型矿用气动锯床的研制.pdf

2 0 1 4年 1月 第 4 2卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I CS J a n ． 2 0 1 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 2 5 新型矿用气动锯床的研制 阮学云 ，李宪华，王鹏或，王峰 安徽理 工大学机械 工程 学院 ，安徽淮南 2 3 2 0 0 1 摘要为解决井下刮板输送机链条等金属部件难锯切、而电动锯因安全问题不推荐使用、目前只能采用人工锯切的难 题，在传统弓锯床基础上 ， 提出一种完全采用气动系统的气动锯床，实现了锯刀的往复运动和锯刀的进刀、抬刀运动。样 机试验表明该锯床可以最大限度地保护刀具 ，切割材料类型多 ，性能稳定，使用维修方便 ，是一种操作方便、使用范围 广 、安全可靠的一种新型切割设备。 关键词矿用气动锯床；气动系统 中图分类号T G 5 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2 0 7 1 3 De v e l o p me n t o f Ne w P n e u ma t i c S a wi n g M a c h i n e RU AN X u e y u n，L I Xi a n h u a ，WANG P e n g y u，WANG F e n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，A n h u 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 ， Hu a i n a n An h u i 2 3 2 0 0 1．C h i n a Ab s t r a c t Mi n e s c r a p e r c o n v e y o r c h a i n i s h a r d t o c u t ，a n d e l e c t ric s a w i s n o t r e c o mme n d e d t o L l S e f o r s a f e t y，S O a r t i fi c i a l s a w i s u s e d a t p r e s e n t ．I n o r d e r t o s o l v e t h e d i f fi c u l t y，b a s e d O 1 1 t r a d i t i o n a l b o w s a wi n g ma c h i n e，a n e w p n e u ma t i c s a wi n g ma c h i n e wa s p u t for w a r d i n w h i c h p n e u ma t i c s y s t e m w a s a d o p t e d a s p o w e r s u p p l y a n d t h e r e c i p r o c a t i n g mo v e me n t a n d t h e f e e d o f t h e s a w we r e r e ali z e d ． P r o t o t y p e t e s t s h o w s t h a t t h e s a w i n g ma c h i n e c a n ma x i mi z e t o p r o t e c t t o o l ，c u t t i n g ma t e ria l i s wi d e，p e rf o r ma n c e i s s t a b l e ，o p e r a t i o n a n d ma i n t e n a n c e a r e c o n v e n i e n t ．I t i s a n e w t y p e o f c u t t i n g e q u i p me n t wh i c h h a s a wi d e c u t t i n g r a n g e ，s afe t y a n d r e l i a b i l i t y ． Ke y wo r d s Mi n e p n e u ma t i c s a w i n g ma c h i n e ；P n e u ma t i c s y s t e m 煤矿的刮板输送机链条等金属部件由于承受高负 荷 ，容易出现裂纹 ，因生产安全需要尽快更换。矿用 锯是用来切割煤矿井下存在裂纹的链条等金属部件的 一 种矿用工具 ，以方便对链条等部件的更换。出于瓦 斯安全等原因，电动锯床一般不建议采用。现有的矿 用锯的类 型主要为手工锯及液压锯 ，其不足之处在 于 普通的手工锯费时费力，效率极低 ，极大地影响 了煤矿生产效率 ；而液压锯虽然动力大 ，速度也容易 调节，但由于液压系统存在结构复杂、零件加工精度 要求高、维修困难等弊端 ，限定了其使用范围。 1 气动锯床设计方案 针对以上问题，在对传统卧式弓锯床进行深入研 究的基础上，研制了一种完全采用气动系统的气动锯 床 。 1 ． i 气动 锯床 整体 结构 矿用气动锯床主要结构包括两部分 ，如图 1所 示 I 动力部分。功能是实现锯条 的往复运动， 主要包括机架，机架上设有风动马达 含减速器 、 曲柄、连杆、锯梁。其中风动马达输出轴通过键与曲 柄相配合 ；连杆一端与曲柄上的一偏心孔相铰接；锯 梁与支撑在机架上的心轴相连接，可实现摆动；刀架 上端整体骑在锯梁导轨上，下端铰接连杆 I 另一端， 实现动力的传递；而切割锯条则固定在刀架的底侧， 与刀架一起移动； 2 气动控制部分。功能是配合 锯条的往复运动 ，即实现锯床 “ 落下 一向前锯切 一 抬起 一往回”工作过程中的锯条升降功能。 l i t l 2 l 3 1 4 l 一锯梁导轨2 一刀架3 一轴 I 4 一连杆 I s 一轴 U 6 一锯条 7 一夹紧装置 8 一气体元件箱体 9 一机架 l O 一连杆 I I l 1 一曲柄 1 2 一气缸 1 3 一 凸轮 l 4 一风动马达 含减速器 图 l 气动锯床结构图 收稿 日期 2 0 1 21 2 0 3 作者简介阮学云 1 9 7 8 一 ，男，硕士，副教授 ，主要从事液压技术及矿山机械的教学和科研工作。Ema i l r u a n x u e y u n 1 6 3 ． t o m。 7 2 机床与液压 第 4 2卷 1 ． 2 矿 用气动锯床气动 系统工作原理 图2为该 锯床气 动系统 原理 图。主要包括 气 缸 、凸轮 、机械阀及相关气动元件 ；气缸 的活塞杆 与连杆 I I 相铰接，凸轮与风动马达输出轴通过键连 接 ，控制气缸升降的机械阀与凸轮相配合 ；气动元 件中还设有控制切割速度及切割压力 的气动挡位开 关 。 l 一 气 缸 2 一 节 流阀 3 、4 、l O 一减 压 阅 5 一 凸轮 6 一 工作 阀 7 一 换 向阀 8 一快升快 降阀 9 一风动马达 l 1 一气源 l 2 一气源开关 l 卜 马达输出轴 图2 气动锯床气动原理简图 如图2所示 ，该气动系统包括气源 1 1 ，由空压 机提供，气体经减压阀 l 0与气源开关 l 2相连接后， 一 路出口与风动马达 9 相连，使马达旋转工作，带动 曲柄连杆机构实现锯条的往复运动 ，其中马达输出轴 l 3与凸轮 5相连，而凸轮和工作 阀的弹性开关相接 触，可以自动控制气缸上下腔的进气方向，从而实现 与主运动相匹配的气缸抬降动作。 2 气动锯床的研制 2 ． 1 样机 制作 图 3为该样机图片。为节约空间和使结构紧凑， 气动元件主要分布在锯床四周 ，主要操作手柄都在明 显的位置，方便操作。 图 3样机 图片 2 ． 2 气动锯床的操作步骤 气动锯床工作过程描述如下 1 工件安装。在工件装夹前，锯梁处于最 高 位置且被下腔密闭气体支撑住，此时安装待切工件。 安装完毕后 ，切换阀位于左位，快速升降阀位于中位。 2 锯切工件。当锯条下降 由快速升降功能 实现至工件上表面时，将切换 阀置于右位，气体 经行程换向阀分别进入气缸上下腔 ，实现锯条的进刀 或抬刀运动。而行程换向阀为机械阀，其弹性开关与 凸轮相接触，这样在锯弓往复运动的同时，实现行程 换向，从而实现锯 弓 “ 落下 一向前锯切 一抬起 一往 回” 的运动轨迹 。 3 快速升降。锯切完毕后 ，将切换 阀置于左 位 ，快速升降阀置于左位，气体经节流阀进人气缸下 腔，实现锯梁快速上升。当要快速下降或锯梁靠重力 不足以下降至工件上表面时 ，将快速升降阀置 于右 位，气体经节流 阀进入气缸上腔，实现锯梁快速下 降 。 4 卸下工 件 。锯 梁 升 至最 高 处 后 ，便 可 卸下 锯好 的工件 ，之后可安装新 的工件继续工作 或者直接 降下锯梁结束操作。 按工作循环图 图4 ，按顺序分别按下操作面 板上的按钮 ，即可完成切削 。 源开关启动卜 叫切换阀左位卜 ． 叫 快升快降阀左位卜 ． { 锯粱上升 卜 _ 叫 工件夹紧卜 _ ． { 快升快降阀右位 卜 _ ． { 锯梁下降到接近工件卜 _ - { 快升快降阀中位 切换阀右位 卜 叫 切割工件 H切割结束 H 切换阀左位H快升快降阀左位 H锯粱上升 工件松开 结束 3 气动锯床试验 3 ． 1试验 说 明 气动系统压 力设 定 为 0 ． 4～ 0 ． 6 MP a ， 提供 。 3 ． 2试验 过程 图4 锯切工作流程图 通过 三联件 减压 阀将气动系统压力 调到 0 ． 4 0 ． 6 M P a 从压力表上观察 。按工作大小调整 由空压机 减压阀 1和减压 阀 2 ，并结合进给量大小调节节流 阀，使锯弓工作时的进给量大小适宜，减小锯梁的振 动 ，使切割平稳进行。 第 2期 阮学云 等 新型矿用气动锯床的研制 7 3 3 ． 3 试验结果 行调节，以达到最佳工作状态。表 1 为风动锯床各项 此次试验内容为验证工作原理可行性并对气路进 性能试验指标情况。 表 1 各项试验性能达标情况 由表 1 可知气动锯床气动系统性能可靠 ，达到 了试验预期目标。 4结论 该气动锯床是一种性能稳定 、切割效率高、使用 范围广的矿用锯床。切削时，当被切工件的材料、截 面尺寸或 形状 发 生变 化 时 ，会 自动 调 节工 作进 给压 力，且由于采用了气动方式，可最大程度地避免由于 过载产生 的冲击或打刀等现象 ，使功率得到最大利 用 ，提高切削效率。该锯床采用风动马达作为动力 源 ，通过机械传动系统与气动系统实现刀具的进刀、 抬刀运动，可靠性高，可以最大程度地保护刀具 ，切 割材料广，性能稳定，使用维修方便 ，具有较大的实 用 价值 。 参考文献 【 1 】 姜继海 ， 宋锦春． 液压与气压传动[ M] ． 北京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 2 ． 【 2 】 臧贻娟 ， 赵振， 刘延俊． 双立柱转角锯床液压系统研究 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 8 7 5 7 5 8 ． 【 3 】 张云， 幕厚春， 杨继明． 全液压链锯式割煤机的研究与设 计[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 6 2 3 63 7 ． 【 4 】 毋虎城 ， 聂静， 张纬． 煤矿井下手持气动锯的研制[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 0， 3 1 5 1 3 31 3 5 ． 【 5 】 李新培． 一种新型卧式金属带锯床液压系统设计[ J ] ． 机械研究与应用 ， 2 0 0 6 ， 1 9 3 1 0 91 1 0 ． 【 6 】 郭北涛． 国内外金切锯床的现状及发展趋势[ J ] ． 制造 技术与机床 ， 2 0 0 4 2 3 6 3 7 ． 上接第 1 3 2页 车刹车 系统 中的 A B S防抱死功 能。因为这 5 S 钟 内摩 天轮的惯性最大，5 S 之后 ，电液比例换向阀2 2的阀 口完全关闭，此后系统的运行状态同改造前一样 ，即 靠顺序阀来释放剩余的压力。 经过现场实测，改造后，在摩天轮匀转速不变的 前提下 即不改变节流阀2 5的截流状态 ，当中途 执行停车动作时，吊舱前后摆动的幅度很小 ，乘客的 感觉比较舒适 ，大约5 s 左右就能 自动停下来。 当摩天轮的转速较快时，如果 中途执行停车动 作，B油路的压力在前 5 s内从 4 M P a逐渐升至 1 2 M P a ，这也 是顺 序阀 2 7的设定 压力 ，并在 1 2 M P a附 近压力表读数不稳定 ；停车后，压力表的读数逐渐降 至4 M P a 左右 ，而且此后压力表的读数在4 M P a 附近 能维持 2 h以上 ；2 h以后没有记录。 当摩天轮的转速较慢时，B油路 的压力在前 5 s 内从 4 M P a 逐渐升至 1 0 MP a左右，然后读数变小， 并趋于4 MP a ，此后压力表 的读数基本上没有变化。 因为整个过程 B油路的压力没有达到 1 2 M P a附近， 所以可以判断 ，当摩天轮的转速较慢时执行停车操 作 ，刹车顺序阀没有工作 。 为此，可以将刹车顺序阀的开启压力调低，如 1 0 M P a ，可以进一步降低摩天轮在停车时的惯性冲击。 2试验结果 1 抗风问题解决的实际效果比较理想摩天 轮被风推动被动旋转的角度由原来的平均 7 O 。 ，降低 为平均 1 0 。 ，下降比例 n 7 01 0 ／ 7 0 8 5 ． 7 ％ ； 2 停车瞬间刹车的平滑性改进明显 ；目测 吊 舱在改造前，前后摆动的持续时间大约为 2 0 s ，改进 后，吊舱持续摆动 的时间大约 5 s ，下降比例 b 2 0 5 ／ 2 0 7 5 ％ 3 刹车瞬间吊舱前后摆动的幅度在改造后明 显降低，乘客只有较轻微的摆动感觉； 4 因为改进后刹车比较平滑，管路的振动噪 声也消失 了； 5 不仅刹车平滑了，而且也实现了平滑启动， 消除了以前启动时很突兀的抖动现象。 参考文献 【 1 】王春行． 液压控制系统 [ M] ． 北京 机械工业 出版社， 2 00 4． 【 2 】李新德． 液压系统故障诊断与维修技术手册[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 9 ． 【 3 】 机械设计手册 编委会． 机械设计手册单行本 液压传 动与控制[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 7 ．