气钉枪流场压力特性实验研究

动原理的基础上 ， 出测试 内部压 力的方案 ， 提 设计 并制作测试模型 ， 用压力传 感器测试 工作过程 中 内部 流场动 态压 力， 使
得 到 相 应 的 压 力 变化 曲 线 。 实验 结 果 不仅 验 证 了 气钉 枪 的 工作 原 理 ， 同时 为 气钉 枪 的 流场 数 值 分 析 提 供 了依 据 ， 为 气 更 钉 枪 一 系列 性 能 指 标 研 究 打 好 基 础 。 图 ５表 １ ９ 参 关 键 词： 气钉 枪 ； 场 压 力 ； 态压 力传 感 器 ； 试模 型 流 动 测 文 献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５２９ （０ ２ ０ － ３ －５ １０ —８ ５ ２ １ ）５ ０ ３０ ０ 中 图分 类 号 ：Ｓ １ ． Ｔ９４５
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２ １ 年第 ５ ０２ 期
上 升 ， 中内气 缸压 力 上 升 幅值 要 明 显 高于 外 气 缸 ， 其 ２ 者 的压 力 差 作 用 于 活 塞 ， 动 活 塞 和 枪 针 完 成 打 钉 推 动作。 进 入缓 冲阶段 初期 ， 平衡 阀上 方 流 场压 力 继 续 降
部分 通过 枪 嘴 和 枪 针 之 间 的缝 隙泄 露 。 工 作 压 力 越
致 电荷 以指 数方式 减少 而造成 的 。 回程 阶段 随着 扳机 松开 ， 平衡 阀下移 ， 其上 方流 场
大， 活塞运 动越快 ， 漏 时 间 和泄 漏 量 就越 小 ， 入 外 泄 压
气缸 的气量 越大 ， 外气 缸峰值 压力 就越 高 ， 即打钉 阶段 活塞 运动所 受 的阻力 就越大 。故 在确保 外气 缸有 足够 的 回程压力 的情况 下 ， 以适 当 加大 枪 针 与枪 嘴 的缝 可 隙， 以增加 打钉 阶段 的气体 泄漏量 ， 在相 同的工作 压力
过简单 的重复性 打钉 测 试 ， 无 实 际 的数 值作 为 比较 并
标 准 。 因此 ， 据气钉枪 工作 原理 设计 实验 方案 ， 得 根 测
气钉 枪工 作压力 变化情 况 显得尤 为必 要 。
１ 气钉 枪 的结构 和工作 原理
气 钉枪 气道 相关结 构 如图 １所示 。其 内部流场 空
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下获 得更 大 的打 钉力度 。
因充人 高压气 体导 致压 力急剧 上 升 。储气 室压力 因为 高压气 体对前 者进 行 了分 流而有 小 的波 动 ， 后 即 维 随 持 缓慢 上升 。 内气 缸压力 在平衡 阀上方 流场压 力上 升 后 约 １ ｓ ５ｍ 时开 始 下 降 ， 内气 缸 压 力 随 之 下 降 。 由于
上升 ， 这是 由于压 电材 料 对 于静 态 压 力 的不 敏 感 性 导 从 表 １可 以看 出 ， 打钉 阶段外 气 缸 峰值 压力 Ｐ 随 着工作 压力 的上升 而有 小 幅度 的增 加 。这是 由于在 打
钉 阶段结束 时 内气缸 空 气 大部 分 被 压 入外 气 缸 ， 余 剩
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低 至最 小值 。 内气 缸 高压 气 体 会持 续 充 人 外气 缸 ， 故 内气缸 压力在 短 时间 内会 有 较 平缓 的下 降 ， 外 气缸 而 压 力会 有相应 的上 升 ， 至 ２者 的压 力差 等 于 阻 尼孔 直
外 密封 圈 的张紧力 。储气 室 由于 内外气缸 之 间的充放 气， 压力 会产 生一些 震荡 。缓 冲阶段 的 中后 期 ， 内外气 缸 压力 维持在 ０ ３Ｍ ａ附近 。同 时内外气 缸之 间继续 ． Ｐ 维持 １ 小 的压力差 ， 个 以保 持活 塞被 压在缓 冲垫上 ， 直 至缓 冲阶段 结束 。储气 室和平 衡 阀上方压 力 曲线缓 慢
力 的作 用 ， 合力 大 于 下端 面承 受 的气 体 压 力 。平 衡 其
阀在压 力差 作用下 与 活 塞缸 端 部 抵 紧 ， 断储 气 室 与 隔
间 由手 柄气 道 、 气 室 、 储 内气 缸 、 气缸 等空 腔组成 ， 外 并
收稿 日期 ：０ １０ －７ 修 回 日期 ：０ ２ １１ ２ １－９２ ； ２ １ － ０ ０
气 钶 枪 流 厘 特 性 实验 研 窕
宫林林 ， 章巧芳 ， 陈福才 ， 翁金学 ， 晓初 徐
（ 种装备 制造 与先进 ｈ ＿ 技 术教 育部／ 特 ｒ － 浙江省 重点 实验 室（ 江工业 大 学） 浙 ，浙江 杭 州 ３ ０ １ ） １０ ４
摘 要： 气钉枪 流场压 力是决定 气动性能的 关键 因素 ， 对气钉枪 内部压 力不明确 的问题 ， 针 在研 究气钉 枪 结构特 点及 气
内气缸压力较外气缸压力下 降较早 （ ５ｍ ）活塞两 约 ｓ， 端 面产 生压力 差 ， 动活塞 完 成 回程 。活塞 运 动 至 上 推 止点 时 ， 据 理 想 气 体 定 律 ＿ ， 根 ９ 内外 气 缸 压 力 均 产 生 ］
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冲、 回程 ４个 阶段 Ｈ 。各 个 腔 室压 力 变 化 与 打钉 过程 密 切相关 。 １ ）储气 。接 通气 源后 ， 高压气 体经 过手 柄气 道进 人 储气 室 。 同时经 由小 气 道分 流 ， 分 高压 气 体 进 人 部
平 衡 阀上部 流场 。平衡 阀上 端面受 到气 体压力 与 弹簧
塞， 由开关控 制高压 气体 在空 腔之 间压缩 和释 放 ， 成 形
的压力 差驱 动枪针 和平 衡 阀运动 ， 成整 个打 钉过程 。 完 气 钉枪 一个完 整 的工作 过程可 分为储 气 、 打钉 、 缓
计算 流体力 学 （ Ｆ 软件对 气钉 枪流 场进行 分析 以改 Ｃ Ｄ）
进结构 设计 ＿ ， ｌ 但对 分析 结果 的可靠 性及 合理性 缺乏 引 实验验 证 。而企 业在 判 断 气钉 枪 性 能 优 劣 时 ， 多是 通
外气缸 压力 为 Ｐ ， ， 内气缸 压力为 Ｐ ， 表 １ 见 。
表 １ 不 同工作 压 力下 内外 气缸 压 力
Ｔａ ｌ Ｐｒ ｓｕｒ ｎ ｉ ｎ ｒａ ｄ ｏ ｔｒｃ ｌｎ ｅ ｓ ｂｅ １ ｅ ｓ ｅ ｉ ｎ ｅ ｎ ｕ ｅ ｙｉ ｄ ｒ ｕ ｄ ｒｄ ｆｅ ｅ ｔｗｏ ｋ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｎ ｅ ｉｆｒ ｎ ｒ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ
作 者 简 介 ： 林 林 （９ ６ ， ， 南 洛 阳 人 ， 江 工 业 大 学 硕 士 研 究 生 ， 要 从 事 气 动 工 具 设 计 及 性 能 分 析 研 究 。Ｅ ｍ ｉ ｌ 一 宫 １８）男 河 浙 主 — ａ ： ｎ ｌｉ
３ １ ２ ＠ １ ３ ｔ ｍ ２ １３ ６ ．ｏ
轻wk.baidu.com 机械
第３ 卷 第５ Ｏ 期 ２１ ０ ２年 １ ０月
轻 工 机械 Ｌ辔ｈ Ｉｄ ｓｒ ｃ ｉｅｙ ｆ ｎ ｕｔ Ｍａｈｎ ｒ ｙ
Ｖ０ ． ０ Ｎｏ ５ １３ ． ０ｃ ． ０ｌ ｔ２ ２
［ 研究 ・ 设计］
Ｄ Ｉ ０３６／ ｉｎ１０— ９． １．５０９ Ｏ ： ． ９ｊ ｓ ．０５ ８５２ ２０． １ ９ ．ｓ ２ ０ ０
０ 引 言
通 过阻尼 孔 、 回风孔 、 小气 道 、 封 环 等部 件 控 制各 腔 密 室 之 间的连 通 ， 图 ２（ ） 见 ａ 。气 动 部 件 有 平 衡 阀 和 活
气 钉枪 具有 结构复 杂 、 流场空 间狭小 、 动状态 变 流 化快 等特 点 。虽 然 已有 研究 者通 过数 学建模 或者 利用