簡(jiǎn)易地磚鋪貼機(jī)設(shè)計(jì)

文清平

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣元 628000）

0 引言

我國(guó)是人口大國(guó)，近幾年住房需求量巨大，房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)的迅猛發(fā)展使我國(guó)的建筑業(yè)得到了飛速的發(fā)展。目前室內(nèi)、室外廣場(chǎng)和人行道都需要鋪設(shè)大量的地磚，地磚的種類及大小規(guī)格極多，鋪貼基本都是采用純?nèi)斯や佋O(shè)。地磚鋪貼過(guò)程中通常需要1～2人準(zhǔn)備砂漿、瓷磚等，1人進(jìn)行鋪設(shè)，在鋪設(shè)的過(guò)程中需要多次重復(fù)找正、鋪設(shè)、敲打等工序，這樣的鋪設(shè)方法施工效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工的質(zhì)量不穩(wěn)定，極易受到施工師傅技術(shù)水平的影響，施工成本極高。目前市面上的地磚鋪貼機(jī)有些只是對(duì)鋪貼地磚過(guò)程中的部分工藝流程起到輔助所用，如北京陶瓷廠試制的地磚鋪貼機(jī)只是將地磚進(jìn)行排列[1]，還有一些只對(duì)地磚鋪貼機(jī)進(jìn)行了部分設(shè)計(jì)方案的探索，如直角坐標(biāo)鋪貼機(jī)中只是探索了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2]，市面上沒(méi)有全自動(dòng)化的鋪貼設(shè)備。為了解決效率低、質(zhì)量差、成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了地磚鋪貼機(jī)。

1 地磚鋪貼機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)

地磚鋪貼機(jī)的設(shè)計(jì)需要涉及到鋪貼機(jī)前進(jìn)、沙及水泥漿的鋪撒、地磚的鋪貼、找正、壓實(shí)等方面。該地磚鋪貼機(jī)在設(shè)計(jì)中選用步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)后輪帶動(dòng)鋪貼機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)料斗和刮沙板將河沙刮平并鋪設(shè)水泥漿，利用氣缸和真空吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)地磚的搬運(yùn)，使用振動(dòng)電機(jī)將地磚壓實(shí)。使用鋪貼機(jī)將整個(gè)鋪設(shè)工藝流程都自動(dòng)化了，只需要添加原材料即可。

所設(shè)計(jì)的地磚鋪貼機(jī)為小車(chē)狀，如圖1所示，車(chē)身下部裝有動(dòng)力機(jī)構(gòu)控制小車(chē)的前進(jìn)，前部裝有料斗，中間部分是料倉(cāng)，后部中間部分是電氣控制部分，上部是氣缸等鋪貼機(jī)構(gòu)。

圖1 鋪貼機(jī)結(jié)構(gòu)圖

由于地磚鋪貼運(yùn)動(dòng)基本都屬于直線作業(yè)，只需要設(shè)計(jì)小車(chē)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)即可[2]。地磚鋪貼機(jī)樣機(jī)車(chē)身采用40系列鋁合金型材及其配件進(jìn)行制造，設(shè)計(jì)的下車(chē)的尺寸是70 cm×110 cm×50 cm.為了保證鋪設(shè)的地磚的水平度，在小車(chē)的4個(gè)輪子與車(chē)身的連接處都設(shè)置了升降桿和水平儀用來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)身的水平狀態(tài)。

地磚鋪貼機(jī)的前端設(shè)計(jì)了兩個(gè)料斗：第一個(gè)料斗中裝河沙，下設(shè)開(kāi)料板控制河沙的鋪設(shè)，料斗后端的刮料板12負(fù)責(zé)將河沙刮平；第二個(gè)料斗中放置水泥漿，將水泥漿均勻的鋪灑在河沙上。

上料臺(tái)部分設(shè)計(jì)了活動(dòng)擋板，可以調(diào)節(jié)擋板的間距適應(yīng)不同大小的地磚，該驗(yàn)證及設(shè)計(jì)的活動(dòng)擋板間距為65 cm，最大允許鋪設(shè)的地磚尺寸為60 cm.如需要鋪設(shè)更大的地磚，只需要將車(chē)身加寬，使用更大尺寸的擋板和吸盤(pán)。

采用2個(gè)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)地磚的鋪貼動(dòng)作，其中升降氣缸5選用MA20X150實(shí)現(xiàn)地磚鋪貼中的上下動(dòng)作，前后氣缸6選用MA25X300來(lái)實(shí)現(xiàn)地磚的前進(jìn)動(dòng)作，真空吸盤(pán)3選用SAF-50來(lái)拾取地磚。依靠升降氣缸5上的震動(dòng)電機(jī)4來(lái)實(shí)現(xiàn)地磚的貼實(shí)，避免地磚鋪貼過(guò)程中出現(xiàn)松動(dòng)和空鼓現(xiàn)象，氣動(dòng)控制原理圖如圖2所示。

圖2 氣動(dòng)控制圖

2 電氣設(shè)計(jì)

在該設(shè)計(jì)中選擇單片機(jī)作為控制器，單片機(jī)雖然功能沒(méi)有PLC強(qiáng)大，編程難度也比PLC大，但其價(jià)格便宜，適合于大面積的推廣。樣機(jī)試制中我們選擇了AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)價(jià)格低，應(yīng)用極為廣泛。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶和帶輪帶動(dòng)小車(chē)的后輪前進(jìn)，選擇步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)的后輪，這樣可以防止彈性滑動(dòng)、打滑等，提高鋪貼的質(zhì)量和精度。樣機(jī)中選擇了法耐克MD542步進(jìn)驅(qū)動(dòng)和F-57BYG1832步進(jìn)電機(jī)，該套裝中步進(jìn)電機(jī)的扭矩為3.2N·m，已經(jīng)滿足樣機(jī)的要求[3]。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)單片機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)控制小車(chē)的前進(jìn)距離。

在設(shè)計(jì)中需要注意電源電壓的轉(zhuǎn)換。我國(guó)的電網(wǎng)電壓是220 V，單片機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器控制電壓是5 V，步進(jìn)電機(jī)需要的電壓是24 V，為了實(shí)現(xiàn)不同電壓需求，電路中使用了兩個(gè)變壓器。為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)能夠控制氣動(dòng)電磁閥，選用了TELESKY的4路光耦隔離繼電器驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)進(jìn)行控制電壓的轉(zhuǎn)換。單片機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)算，輸出控制信號(hào)控制光耦繼電器，光耦繼電器接通電磁換向閥的24 V電源，從而控制氣缸和振動(dòng)馬達(dá)，電氣控制圖如圖3所示。

圖3 電氣控制圖

3 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

地磚鋪貼機(jī)的工作流程為：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪帶動(dòng)小車(chē)前進(jìn)到達(dá)需要的位置后停車(chē)，升降氣缸下降到達(dá)拾取地磚的位置，接通真空發(fā)生器拾取地磚，升降氣缸收回，前后氣缸伸出到位，升降氣缸下降，震動(dòng)馬達(dá)接通，延時(shí)10 s，震動(dòng)馬達(dá)斷開(kāi)，升降氣缸抬起，前后氣缸收回，小車(chē)前進(jìn)[4]。

為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作流程，用C語(yǔ)言編寫(xiě)了單片機(jī)的控制程序，以下為部分程序源碼[5]：

void main()

P0=0x00;

while(1)

{

if(P1==0x02)//順時(shí)針

{

time1();

if(P1==0x02)//判斷是否為誤操作等待time1還為高電平則執(zhí)行逆時(shí)針

{

P0=0x00;

PLS2=0;

DIR1=1;

DIR2=0;

pls12();//發(fā)送脈沖，定義方向正轉(zhuǎn)

}

}

4 驗(yàn)證效果

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，完成了該地磚鋪貼機(jī)樣機(jī)的試制，如圖4所示。使用樣機(jī)鋪貼60 mm×60 mm地磚4 h后，計(jì)算貼磚數(shù)、人工成本并對(duì)所帖地磚進(jìn)行檢驗(yàn)得到如表1所示的鋪貼效果?？梢?jiàn)，使用樣機(jī)鋪貼極大的提高了生產(chǎn)效率，降低了鋪貼成本并提高了鋪貼質(zhì)量。下一步將會(huì)將其推向市場(chǎng)。2015（06）：31-32.

圖4 地磚鋪貼機(jī)樣機(jī)

表1 地磚鋪貼機(jī)效果