可調(diào)式自動抹灰裝置設(shè)計(jì)

吳 佳，郭 雄，張世亮

（湛江科技學(xué)院智能制造學(xué)院，廣東湛江 524094）

0 引言

目前，我國的住宅式、商業(yè)用房、工業(yè)用房的建筑墻面的裝潢，多數(shù)情況下仍然還是由人工來完成的，這種方式下會存在工人勞動力大，用時周期長，不易保證最終質(zhì)量和效率低下等諸多問題。墻體抹灰裝置作為墻面裝潢不可或缺的一員，在各個層面上也得到了很多人的關(guān)注[1]。但是，如今市面上的眾多自動抹灰裝置的設(shè)計(jì)都并不完善。概括起來，主要問題有以下兩個方面[2]：（1）需裝潢墻面的師傅用反復(fù)且費(fèi)力的動作將灰料送入正在運(yùn)作且上升的料盒里，抹灰質(zhì)量完全取決于工人是否能將灰料持續(xù)地送入儲料盒中，抹灰質(zhì)量不易保證；（2）現(xiàn)有抹灰設(shè)備只可在其上升的行程中往墻壁抹灰而下降過程中卻不能實(shí)現(xiàn)抹灰[1]，效率極低。本文研究的可調(diào)式自動抹灰裝置旨在解決以上兩個問題。

該裝置動力源由微型壓縮空氣站提供，在保證運(yùn)動穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，同時又節(jié)約設(shè)計(jì)成本。整體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)利用鋁合金型材結(jié)合板材結(jié)構(gòu)的方式，結(jié)構(gòu)簡單，易組合，后期維護(hù)也比較方便快捷。同時其移動便利，剛性強(qiáng)，有著一定的抗沖擊能力?？蓪?shí)現(xiàn)工作時的自動補(bǔ)料，不需工人持續(xù)向料盒添置灰料，大大地減輕了工人的勞動量，同時極大地提高了抹灰質(zhì)量和抹灰效率。另外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)兩個方向上的移動，使裝置無論在哪一個方向上移動，都可實(shí)現(xiàn)抹灰動作，進(jìn)而更一步地提升了抹灰裝置的工作效率。

1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所研究的設(shè)計(jì)裝置組成結(jié)構(gòu)主要包括移動底座、升降機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)和抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)4 個部分[3]。通過Solid?Works三維軟件將其繪制[4]，整體裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 可調(diào)式自動抹灰裝置三維圖

該裝置的工作方式：移動底座起承載作用，其上放置有輸送機(jī)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)，抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在升降機(jī)構(gòu)上，移動底座可實(shí)現(xiàn)裝置的橫向移動。升降機(jī)構(gòu)可沿縱向作往復(fù)運(yùn)動[5]。抹灰的實(shí)現(xiàn)路徑為：往儲料盒里放置灰料，灰料將從儲料盒的底部流向螺旋輸送泵，裝置頂端的氣動馬達(dá)為螺旋輸送泵提供動力，這時螺旋輸送泵里的葉片將以一定大小的壓力持續(xù)不斷地將灰料輸出至螺旋輸送泵頂端的軟管接口。灰料通過輸送軟管送到抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)的軟管接頭[6]。當(dāng)灰料到達(dá)抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)的抹灰板時，仍然具有一定的壓力，這時灰料從抹灰板面向墻壁一側(cè)的出料口中噴出，并隨著三級氣缸的升降均勻地涂抹在墻壁上[1]。

通過以上方式能夠完成墻面的抹灰動作，若完成一面墻的抹灰工作后，可通過移動承載裝置的小車的位置改變移動底座的位置，將裝備移到相鄰近的墻面，這樣就可以實(shí)現(xiàn)需要向其他墻面抹灰時，不用再去重新調(diào)整裝置各個機(jī)構(gòu)的位置，省時省力，提升抹灰效率。升降機(jī)構(gòu)可帶動著抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿縱向作往復(fù)運(yùn)動，即與墻面平行的方向，最終實(shí)現(xiàn)抹灰裝置可涂抹一定高度范圍墻面的目的。正是因?yàn)槟ɑ覉?zhí)行機(jī)構(gòu)可隨著升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降，才使得裝置不僅在上升過程中工作，在下降過程中同樣也可實(shí)現(xiàn)抹灰，和現(xiàn)有的只能在上升過程中實(shí)現(xiàn)抹灰的裝置相比較，其工作效率在理論上來說，可以提升1倍。

1.1 移動底座

移動底座包含平衡支撐腳，移動平臺和平臺導(dǎo)軌。移動平臺需要設(shè)計(jì)出固定各個部件的孔的位置，方便安裝移動平臺需要承載的每個部件[7]。輸送機(jī)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)置于移動平臺上，移動平臺沿橫向往復(fù)運(yùn)動時，輸送機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)會隨著移動平臺沿此方向作相同的往復(fù)運(yùn)動，最終實(shí)現(xiàn)在橫向上調(diào)節(jié)抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置的目的。平臺導(dǎo)軌包括運(yùn)行導(dǎo)軌與輔助導(dǎo)軌，使得整個可調(diào)式自動抹灰裝置的移動更加便利，可調(diào)式自動抹灰裝置的穩(wěn)定性有所提高，盡可能避免了裝置出現(xiàn)翻倒的問題。運(yùn)行導(dǎo)軌沿第一方向設(shè)置，移動平臺置于運(yùn)行導(dǎo)軌上，可沿第一方向往復(fù)運(yùn)動；輔助導(dǎo)軌沿第一方向和運(yùn)行導(dǎo)軌間隔設(shè)置，且設(shè)在運(yùn)行導(dǎo)軌遠(yuǎn)離墻面的一側(cè)；平衡支撐腳設(shè)在移動平臺上遠(yuǎn)離抹灰板工作面的一側(cè)，且置于輔助導(dǎo)軌上，用于支撐可調(diào)式自動抹灰裝置。

1.2 升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)主要包含升降動力部、三級升降氣缸和可拆卸圓柱導(dǎo)軌3部分。升降動力部和多級升降桿連接，采用氣動方式提供動力，從而控制升降氣缸的升降[8]。抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)也會隨著三級升降氣缸和可拆卸圓柱導(dǎo)軌的的升降而發(fā)生高度的變化。即可快速精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端即抹灰板的高度，實(shí)現(xiàn)抹灰板的工作高度可依據(jù)工作需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)一定高度范圍內(nèi)的墻面的抹灰工作。圓柱導(dǎo)軌采取中空設(shè)計(jì)，在保留剛性的同時也減輕了重量[9]。

1.3 輸送機(jī)構(gòu)

輸送機(jī)構(gòu)包含儲料盒、輸送泵和輸送管道（輸送軟管）。儲料盒用于裝載抹灰的灰料，輸送泵即螺旋輸送泵，具體包含輸送動力源、泵身和蛟龍葉片，蛟龍葉片設(shè)置在泵身內(nèi)部，泵身一側(cè)和儲料盒相連通，輸送管道又與泵身的出口相連，輸送動力源和蛟龍葉片相連，用來供應(yīng)送料動力，帶著蛟龍葉片旋轉(zhuǎn)，最后可將泵身內(nèi)的灰料從底部輸送直至泵身的出口，實(shí)現(xiàn)了將灰料從儲料盒輸送到輸送管道內(nèi)的目的。輸送軟管和抹灰板相連，輸送泵可將儲料盒中的灰料通過輸送軟管輸送至執(zhí)行端抹灰板，并通過抹灰板上的出料口噴出，使得抹灰板將灰料均勻涂抹在墻面上[10]。由此即可達(dá)到自動送料和抹灰協(xié)同工作。

1.3.1 儲料盒設(shè)計(jì)

儲料盒設(shè)計(jì)如圖2 所示，主要起儲存灰料的作用，同時需和螺旋輸送泵一端相連，以便通過螺旋輸送泵向輸送管道運(yùn)送灰料。儲料箱的側(cè)邊設(shè)置合適的孔位以便與螺旋輸送泵底部連接，當(dāng)螺旋輸送泵開始工作時，灰料就會受自身的勢能及大氣壓力的作用自動流入螺旋輸送泵里。為使工人方便向儲料盒添加灰料，其開口設(shè)置的比較低，同時為了更方便地添加灰料，將儲料箱的頂部設(shè)置為斜式而不是水平式。

圖2 儲料盒三維設(shè)計(jì)

1.4 抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)

抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包含抹灰板、壓緊機(jī)構(gòu)、抹灰調(diào)節(jié)部3個部分[1]。

1.4.1 抹灰板設(shè)計(jì)

抹灰板設(shè)有多個出料口，如圖3 所示，一方面為使灰料均勻分布在墻面上，提高抹灰的質(zhì)量[11]；另一方面，大大壓縮了均勻抹灰的時間，提升了工人的工作效率。同時抹灰板里存在一定的容料空間，在灰料還沒填滿抹灰板里的容料空間但已經(jīng)淹沒最底下那行出料口時，就已經(jīng)可以開始讓抹灰裝置升起了。將靠近墻側(cè)的抹灰板設(shè)計(jì)為長條型，可使出料更加均勻。

圖3 抹灰板結(jié)構(gòu)

1.4.2 壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓緊機(jī)構(gòu)是為了能將抹灰板與墻壁始終保持接觸。因此選用彈性系數(shù)不大的彈簧，防止彈簧力太大導(dǎo)致抹灰板與墻壁產(chǎn)生過大的摩擦力而干涉裝置的運(yùn)行。

1.4.3 抹灰調(diào)節(jié)部設(shè)計(jì)

抹灰調(diào)節(jié)部如圖4 所示，用來調(diào)整抹灰板的抹灰角度或者抹灰板的抹灰力度[12]。

圖4 抹灰調(diào)節(jié)部部件

抹灰角度調(diào)節(jié)部件具體包含圖中所示的圓弧導(dǎo)軌和滑塊，推送塊和抹灰板相連，滑塊放置于圓弧導(dǎo)軌中，通過其滑動來調(diào)節(jié)抹灰板與墻面的接觸姿態(tài)。

抹灰力度調(diào)節(jié)部件為推送件，推送件和背離墻面一側(cè)的抹灰板相連，且可沿垂直于墻面方向作往復(fù)運(yùn)動，帶動抹灰板沿此方向往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)而改變抹灰板與墻面的距離，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)抹灰板的抹灰力度的目的。

1.4.4 抹灰執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理

當(dāng)灰料到達(dá)輸送軟管末端，進(jìn)入抹灰板時，此時由于圓弧導(dǎo)軌的存在，抹灰板將會與墻壁形成一定的角度。當(dāng)機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行時，工人控制開關(guān)將氣缸升起帶動機(jī)構(gòu)沿著圓弧導(dǎo)軌向上調(diào)整姿態(tài)，此時抹灰板與墻壁的角度變小甚至平行。在抹灰同時壓緊機(jī)構(gòu)會將抹灰板貼緊墻壁以防灰料流失。這樣就達(dá)到了抹灰的效果[13]。

2 氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從氣源出來共有3條支路，分別是小氣缸、氣動馬達(dá)和三級氣缸的供氣。兩個氣缸的進(jìn)氣路分別設(shè)有單向閥以防氣缸在運(yùn)行過程中泄壓導(dǎo)致錯誤動作。在所有進(jìn)氣路與排氣路都設(shè)有調(diào)速閥用以調(diào)節(jié)氣缸或者氣動馬達(dá)的運(yùn)行速度。在3條支路都分別設(shè)有不同壓力值的溢流閥，壓力值的大小取決于氣缸或者氣動馬達(dá)可以承受的最大壓力值。氣動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 氣動系統(tǒng)方案

3 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)裝置中，針對現(xiàn)有抹灰裝置存在的缺陷問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，從抹灰裝置的基本動作出發(fā)，研究如何使裝置在運(yùn)行過程中可實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)送料及抹灰的上下連續(xù)動作的需求，提出實(shí)用的可行性方案。利用SolidWorks 軟件作三維設(shè)計(jì)，總體方案中的移動底座、升降機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組合安裝，結(jié)合氣動系統(tǒng)的驅(qū)動很好的實(shí)現(xiàn)了節(jié)約抹灰時間，提升抹灰質(zhì)量和抹灰效率的目的。