射钉枪原理及结构分析

射钉枪原理及结构分析如果您打算悬挂照片或者组装一个书架，锤子会是一个理想的工具：简单、便宜而且十分有效。

但是如果您打算建一间两层的房子，安装硬木地板或者经营自己的家具维修厂，您可能会马上就想要拥有一个射钉枪。

这些强有力的工具能够以很高的速度射出射钉，瞬间便将其完全射入一块木头中。

很明显，这种工具省时省力。

如果没有射钉枪，您的绝大部分时间都要耗费在钉钉子上。

现在市场上有各种各样的射钉枪。

不同的设计配有特定的射钉尺寸，并针对特定的用途。

在这篇文章中，我们会了解到这些被普遍使用的工具是如何以令人惊异的速度发出射钉的。

事实上，市场上有各种各样的射钉枪，它们的物理原理也不尽相同。

弹簧加载式设计从最基本的功能来看，一个射钉枪只需要完成两项工作：它应该将大量的锤击力聚集成为一次机械撞击，而且可以快速重复。

当上一个射钉被射出后，它能够重新装填一个射钉。

可以完成这些任务的工具有很多种。

我们不可能考察每个模型，这里只研究一些具有代表性的设计。

最简单的射钉枪采用普通的弹簧来产生锤击力。

在下面的动画中，您可以看到这一类射钉枪是如何工作的：这种设计采用电机（由电池或者家用交流电提供动力）来旋转双驱动轴。

前端的轴带动一个小的压盘（a）转动，这个压盘是一个刻有曲形槽道的金属圆盘（b）。

后端的轴带动一个齿轮传动装置运动，它可以驱动一个小的三角金属凸轮。

当您扣扳机发射的时候会发生以下现象：三角凸轮旋转时会将控制杆（c）的一端向下推。

控制杆转动后将锤击装置（d）向上推。

锤击装置向上推升可以使两个弹簧（e）压缩。

锤击装置的一端连有一个小的球形把手（f）。

当控制杆将锤击装置向上推升时，转动的压盘会扣住这个把手。

同时，旋转凸轮（b）松开控制杆，从而释放锤击装置。

锤击装置现在被压盘所扣住。

随着压盘的旋转，锤击装置被提升得越来越高，直到最后瞬间松开。

两个压缩弹簧以很高的速度将锤击装置向下推动。

如果射钉已经就位，锤击装置会将它从射钉枪中射出。

射钉装填机构图中的射钉枪使用的是最普遍的一种射钉装填机构。

射钉并排粘在一个长的带子上。

这个射钉带装填在弹仓上，可以为“枪管”输送子弹。

弹仓底部的弹簧将射钉带推到枪管内。

当锤击装置下锤时，它将第一个射钉分离，使之从枪内射到木头中。

当锤击装置向上返回时，弹簧将下一个射钉推送就位。

标准的射钉枪弹仓：弹簧将射钉推入到装填机构，装填机构再将射钉装到刀片的前边。

这种系统的一个优点就是胶有助于固定射钉。

当射钉被射入木头中时，强烈的摩擦将胶加热到熔点。

一旦射钉就位，胶迅速变硬，即将射钉融合到周围的木头中。

在这种射钉枪中，电机的作用仅仅是扳动射钉枪，真正的锤击工作是由卷簧来完成的。

电磁式设计螺线管是一种很有效的锤击装置。

螺线管是一种十分简单电磁体，在各种机器中广泛应用。

如果你已经经阅读过电磁体工作原理，就会知道电磁装置的基本原理：通电导线周围产生磁场。

通过将带电的导线盘绕起来可以增大磁场。

和永久性磁铁一样，电磁体的磁场也具有极性——一个“北”极，一个“南”极。

如果将两个磁铁指北的两极靠近，两个磁铁会相互排斥；将两个磁铁指南的两极靠近，也会相互排斥；但是，如果将两个磁铁分别指北和指南的两端靠近，两个磁铁就会相互吸引。

在电磁体中，您可以改变两极的方向。

只要改变电流的方向，电磁体南北两极的方向就会相应的变换。

螺线管是一个电磁线圈，里边有一个滑动活塞。

在射钉枪中，这个活塞由磁性材料制成。

当电流以一定方向通过盘管，电磁场与磁性活塞相互排斥，并将它推出。

但是如果改变电流的方向，磁场两极方向翻转，电磁场会将活塞拉回来。

有些螺线管则是用弹簧装置将活塞拉回来。

电磁射钉枪用这种螺线管作为锤击装置。

当您扣扳机发射的时候：电路中的电流通过电磁体，使活塞向下伸出。

通常，活塞都连在一个硬的刀片上。

刀片与射钉接触时，便将射钉发射出去。

在活塞筒的底部，活塞会撞到一个电开关。

撞击这个开关可以改变流过电磁体的电流方向。

电磁体将活塞拉回来，以备下一次发射。

螺线管既有效又可靠，但是有时候会受到功率输出的一定限制。

一个螺线管枪可能无法钉穿较硬的物质，至少一次射击是不能实现的。

气动式射钉枪是使用最普遍的一种射钉枪。

在这种设备中，锤击力来源于压缩空气，而压缩空气通常是由一个独立的空气压缩机产生的。

一个标准的空气压缩机与水泵的工作原理是相同的。

它具有一个或多个活塞筒，活塞筒可以在上冲程的时候从大气中抽入空气，在下冲程的时候将空气输出并压入射钉枪。

这样可以通过软管将压缩空气源源不断地输入到射钉枪的空气储气室中。

空气压缩机气动式射钉枪的锤击装置与螺线管射钉枪相同：它也使用滑动活塞来驱动一个长的刀片。

当活塞头部的气压大于其底部的气压时，活塞被向下推动。

当活塞底部的气压大于其顶部的气压时，活塞保持不动。

触发装置通过引导压缩空气的流动来改变平衡状态。

下图显示了这种射钉枪所使用的典型阀门系统：在这种设计中，活塞头（b）上有一个可移动的阀塞（a）。

当扳机处于释放状态，压缩空气会流动到阀塞的两端。

压缩空气一面通过储气室直接流到阀塞底部边缘，另一面通过触发阀（c）和一个小的塑料管（d），直到最后到达阀塞的上部。

由于压缩空气可以流通到阀塞的任意一端，空气压力相互平衡。

但是阀塞还与弹簧（e）相连接，这使它向下移动。

这样就改变了压力平衡：当扳机处于释放状态，阀塞上面的压力总是大于其下面的压力。

这种不平衡可以使阀塞压紧包围在活塞头部的密封圈。

当阀塞处于这个位置时，流入射钉枪的压缩空气不能到达活塞的顶部从而向下推动活塞。

以下是您扳动气动式射钉枪时发生的事情：触发阀关闭，并打开一个通道与大气相通。

当触发阀就位时，压缩空气不能流到阀塞上边的空间。

阀塞下部比其上部气压更大。

阀塞上升，此时压缩空气可以流到活塞的顶部。

压缩空气使活塞和刀片向下运动，并将射钉射出枪膛。

当活塞向下运动时，空气通过一系列的孔把活塞筒中的空气推到回气舱(f) 中。

随着越来越多的空气流进枪膛，气压不断升高。

当您释放扳机的时候，压缩空气使阀塞返回原位，并阻止空气流到活塞的头部。

由于没有向下的气压，回气舱中的压缩空气将活塞头部顶起来。

活塞头部上方的空气从射钉枪中排到大气中。

标准的气动式射钉枪即使是向较硬的材料发射粗大的射钉，气动式射钉枪也可以很好的工作。

但是射钉枪却是一个有点烦人的装置：您需要拖上一个大的空气压缩机来提供动力。

在下一节中，我们将看看一种高能并且不需要外部动力的射钉枪。

爆燃式设计爆燃式射钉枪是近来市场亮点的之一。

这些轻便的射钉枪通过内部燃烧提供锤击力。

这种动力与驱动汽车的动力是相同的（请参见汽车发动机工作原理）。

在最基本的层面上，爆燃式射钉枪与气动式射钉枪有很多相似之处。

它们都有一个与长刀片连接的滑动活塞，并由气压的不平衡来驱动。

当活塞的上部具有更大的压力时，活塞向下移动。

当其下部具有更大的压力时，活塞向上移动。

气动式和爆燃式模型的不同之处在于不同的压差来源。

就像您的汽车一样，爆燃式射钉枪拥有一个充满可燃气体的储气室。

电子控制装置将一些可燃气体释放到活塞头部之上的燃烧膛中。

燃烧膛中有一个小的风扇可以使气体蒸发，并使之与空气颗粒相混合。

这种设计具有两个触发装置。

要想射出一个射钉，您需要将枪管对准材料表面压紧的同时扣下扳机。

将枪管向下压可以把活塞筒附近的金属阀门向后推，这样可以控制射钉枪气体注入与排出的周期。

以下是当您触发两个扳机时发生的事情：针阀偶件（以绿色显示）沿着活塞筒向后滑动。

在向后滑动的过程中，针阀偶件将位于射钉枪顶部的排气孔关闭。

继续向后滑动时，它将短暂打开气源（以蓝色显示）处的喷注口，然后又将它关闭。

这样可以注入少量的气体，之后由风扇将其与空气混合。

射钉枪的电池为燃烧膛顶部的火花塞发出一个电火花。

这样可以点燃气体，并引起一个小的爆炸。

爆炸的压力推动活塞向下运动，并推动刀片使射钉从射钉枪内射出。

当活塞向下运动时，它将压缩活塞筒中的空气。

当您将射钉枪从射击表面拿开，针阀偶件即向下返回。

此时，排气孔会打开排出废气。

返回膛中的压缩空气将活塞向上顶起，顶到“就位”的位置。

本质上来说，返回膛中的空气的作用相当于一个弹簧。

射钉枪中的第二个扳机被有意设计成一个安全装置：您一定要扳动扳机并且将射钉枪对准射击表面才能发射射钉。

我们在下一节中会看到，这个装置有助于防止一些射钉枪的伤害，但是它却可能会导致其他一些事故。

安全措施上一节中我们了解到爆燃式射钉枪有两个独立的发射扳机。

大部分现代化的射钉枪配有相似的安全掣子装置，用于防止人们被射出的射钉意外伤害。

在下图中，我们可以看到一个简单的电动式射钉枪的安全装置的工作原理。

射钉枪有一个掣子可以将刀片固定。

要想释放掣子，您必须将射钉枪对准某一个物体压紧。

这种机构可以降低某些伤害的风险，但却并非万无一失。

有些木工在使用这种射钉枪时，会让主触发装置始终保持触发状态，而将安全掣子作为实际的触发装置：他们只要将射钉枪对准表面压紧，射钉枪就会自动发射射钉。

如果您以这样的方式使用射钉枪，很容易意外地射出射钉。

您一不留神将枪管压在腿上或撞在别人身上就会走火。

每年都会有上百人因此类意外伤害进行急救。

为了降低这种风险，有些生产商在射钉枪内部配备了顺序跳闸装置。

使用这种射钉枪时，每次要想射出一个射钉，您必须先释放然后再扳动扳机才能实现。

这种射钉枪使用盘卷式射钉弹仓。

射钉一个挨一个地排列在一根长带上，而长带缠绕在卷轴上。

无论射钉枪属于那种设计，我们都要重视一点：射钉枪是一个强有力且危险的工具。

就像一把手枪，动力射钉枪以很高的速度射出射钉——有些设计能够以427米/秒的速度发出射钉。

在这种情况下，便捷确实是有代价的。

刚开始使用动力射钉枪时一定要特别小心。

想想看，以前使用的锤子最坏也就是砸伤您的大拇指而已。