一種混凝土攪拌機(jī)輸料管的清理器設(shè)計(jì)

金洋 楊清林 朱嚴(yán)寬 梅賢惠

摘 要：混凝土攪拌機(jī)攪拌完成的混凝土?xí)ㄟ^(guò)管道輸送到指定位置，但是在實(shí)際操作過(guò)后會(huì)導(dǎo)致管道堵塞，從而降低工作效率。為了解決這一問(wèn)題，首先實(shí)地考察管道存在的問(wèn)題，查閱并了解相關(guān)文獻(xiàn)和資料，從而制定出管道清理器的基本設(shè)計(jì)方案。其次運(yùn)用UG三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)清理器各個(gè)零件進(jìn)行三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，之后進(jìn)行裝配，繪制出整體三維模型。最后設(shè)計(jì)出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，工作效率高，可靠性高的管道清理器。

關(guān)鍵詞：混凝土攪拌機(jī)輸料管；管道清理器；機(jī)械結(jié)構(gòu)；三維數(shù)字化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）02-0105-02

Abstract： The concrete mixed by the concrete mixer will be transported through the pipe to the designated position， but after the actual operation， it will lead to pipe blockage， thus reducing the efficiency. In order to solve this problem， first of all， on-the-spot inspection should be conducted into pipeline problems， access and understand the relevant literature and information， so as to work out the basic design of pipeline cleaner. Secondly， the use of UG three-dimensional design software for each part of the cleaner three-dimensional digital design， and then assembly， draw the overall three-dimensional model. Finally， a pipeline cleaner with simple and flexible structure， high efficiency and reliability is designed.

Keywords： concrete mixer feeding pipe； pipeline cleaner； mechanical structure； three-dimensional digital design

1 研究背景

混凝土攪拌機(jī)廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，它是把水泥、砂石骨料和水混合并拌制成混凝土混合料的機(jī)器，攪拌后的材料通過(guò)輸料管送到指定位置。但是在現(xiàn)實(shí)中會(huì)存在一些問(wèn)題，由于輸料管又長(zhǎng)又窄，會(huì)導(dǎo)致輸完料之后會(huì)有混凝土殘留在內(nèi)壁，時(shí)間久了會(huì)造成輸料管堵塞，從而降低工作效率，延誤工期。通常遇到這種情況工人們會(huì)用錘子敲擊管道使混凝土震碎，但這樣子做容易導(dǎo)致輸料管道破裂。國(guó)內(nèi)外暫時(shí)還未有專門(mén)產(chǎn)品來(lái)解決這一問(wèn)題，所以有必要設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品來(lái)解決這一現(xiàn)象。本文結(jié)合實(shí)際問(wèn)題設(shè)計(jì)出一種管道清理器將殘余混凝土切碎并排出管外，從而提高工作效率，并且避免管道破裂造成損失。

2 管道清理器整體結(jié)構(gòu)的概述

混凝土攪拌機(jī)管道清理器有一根主軸，軸的端部有一個(gè)刀盤(pán)，刀盤(pán)上有個(gè)內(nèi)齒輪，并與一個(gè)外齒輪嚙合，依靠一個(gè)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)外齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行切削，而電機(jī)安裝在軸上的擋板上。軸的中間的左右端分別有三個(gè)機(jī)械臂成對(duì)稱安裝，依靠軸上的兩個(gè)強(qiáng)力彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的張緊。每個(gè)機(jī)械臂上都有一個(gè)輪子，每?jī)蓚€(gè)軸向同一母線的輪子間用v帶和軸中間的輪子進(jìn)行連接。通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中間輪子轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)機(jī)械臂上的輪子轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器的橫向進(jìn)給。

3 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的詳細(xì)介紹

近給機(jī)構(gòu)由三組繞軸對(duì)稱的機(jī)構(gòu)組成，每一組機(jī)構(gòu)都是由電機(jī)帶動(dòng)同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)，再由同步帶帶動(dòng)與其固定的輪子轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)近給。每一個(gè)機(jī)械臂上的同步帶都有兩個(gè)輪子與其固定，使其受力均勻，從而可以很好的貼合圓形管道。

清理器是依靠中間兩個(gè)強(qiáng)力彈簧的向外的彈力傳輸?shù)綑C(jī)械臂上形成一種向外擴(kuò)張的力，從而提高輪子與管臂之間的摩擦力，避免了在近給過(guò)程中出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，同時(shí)在一定范圍內(nèi)也可以適應(yīng)不同管道的直徑。

由于帶輪子的機(jī)械臂會(huì)有一定的擺動(dòng)幅度，并且同步帶也是撓性件，多以直接使用一個(gè)大的同步帶再帶動(dòng)兩個(gè)小的同步帶的結(jié)構(gòu)，會(huì)出現(xiàn)機(jī)構(gòu)卡死或者同步帶松弛的現(xiàn)象。所以在這里可以在連桿上增加一個(gè)支撐臂，支撐臂上有一個(gè)小型彈簧，可以防止同步帶松弛或者機(jī)構(gòu)卡死，支撐臂的頭部有一個(gè)定滑輪，同步帶運(yùn)動(dòng)時(shí)滑輪也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，所以可以保證支撐臂的加入不會(huì)降低近給效率，同時(shí)支撐臂還可以增加同步帶與同步帶輪間的接觸，從而提高傳動(dòng)精度。

4 切削機(jī)構(gòu)詳細(xì)介紹與機(jī)械臂的有限元分析

切削機(jī)構(gòu)是由電機(jī)帶動(dòng)小的外齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由外齒輪帶動(dòng)固定在刀盤(pán)上的內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。

刀盤(pán)上裝有均勻分布的刀片，由回轉(zhuǎn)中刀片形成的切削力與殘余混凝土接觸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的切削，如圖4。

使用UG軟件的高級(jí)仿真功能對(duì)機(jī)械臂賦予材料及所受應(yīng)力來(lái)進(jìn)行有限元分析，從而保證機(jī)械臂在工作狀態(tài)中不會(huì)受力變形導(dǎo)致斷裂，如圖5。

5 電機(jī)的選用

清理起一共有四個(gè)電機(jī)，其中一個(gè)電機(jī)是帶動(dòng)刀盤(pán)回轉(zhuǎn)起切削混凝土的作用，另外三個(gè)是通過(guò)同步帶帶動(dòng)輪子使清理器起進(jìn)給作用。

5.1 切削作用電機(jī)選用

由于此電機(jī)起切削作用，所以扭矩一定要大，選擇帶減速器的電機(jī)可以有很大的扭矩，初步確定選用直流帶減速器的小型電機(jī)，再根據(jù)負(fù)載功率及要求轉(zhuǎn)速的計(jì)算得出電機(jī)的功率為10w。所以最后確定電機(jī)的選型為直流帶減速器電機(jī)功率為15w，扭矩為8kg.cm，額定電壓為6V。

5.2 起進(jìn)給作用的電機(jī)

由于電機(jī)起進(jìn)給作用，所以對(duì)于進(jìn)給步數(shù)有一定的要求，由于步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制電機(jī)。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。再根據(jù)零件尺寸要求約束，最后確定選用電機(jī)為兩相四線接插式20步進(jìn)電機(jī)，機(jī)身長(zhǎng)為43mm，靜力矩為0.02N.M。

參考文獻(xiàn)：

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