基于混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人的設(shè)計與研究

李貴麒，張強

（廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 崇左 532200）

1 基于混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人的設(shè)計背景及研究內(nèi)容

1.1 設(shè)計背景

裝配式混凝土建筑的突出特征是工廠化生產(chǎn)，大部分是在構(gòu)件廠將預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)出來，當(dāng)然如果條件允許的話，也可以在現(xiàn)場生產(chǎn)，又稱游牧式生產(chǎn)。該生產(chǎn)方式所生產(chǎn)出來的構(gòu)件，具有標(biāo)準(zhǔn)化程度低、自動化程度低等特點，需要較大的生產(chǎn)成本，但是生產(chǎn)效率卻不高，不利于裝配式建筑的推廣與應(yīng)用。而基于混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人是根據(jù)游牧式建筑墻板澆筑而特意設(shè)計的，主要由三大部件組成，分別是極軸支承系統(tǒng)、可旋轉(zhuǎn)主梁、雙關(guān)節(jié)布料管。該機(jī)器人的主要功能體現(xiàn)在三個方面：（1）受力比較均衡，可以確保主梁轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性。（2）可以支撐極軸輸送管與布料管，而且可以圍繞極軸平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動。（3）借助旋轉(zhuǎn)接頭與混凝土輸送管將極軸輸送管連接起來，并且可以實現(xiàn)繞極軸轉(zhuǎn)動，再借助布料管旋轉(zhuǎn)接頭與極軸輸送管將布料管連接起來，可以繞著布料管旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動，對布料管驅(qū)動電機(jī)與主梁驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行有效控制，可以將布料管預(yù)設(shè)于平面的任意點上。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)報道資源，截止到目前為止，還沒有一種既具備作業(yè)智能化、現(xiàn)場無人化等優(yōu)點，又適合裝配式建筑混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人。

1.2 研究內(nèi)容

研究內(nèi)容主要是提供一種具有作業(yè)智能化、現(xiàn)場無人化的用于混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人。本次研究內(nèi)容是研究一種用于混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人，由支架、主梁、管架、支承柱、主梁驅(qū)動電機(jī)、混凝土輸送管等組成。該機(jī)器人的主要特征是：在支承管的下部安裝支架，采用焊接連接，支架安放在地上，支承起整個雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人；在支承管的頂部安裝主梁，采用軸承連接，主梁可以繞支承管轉(zhuǎn)動；在支承管上部右側(cè)的電機(jī)安裝座上安裝主梁驅(qū)動電機(jī)，采用螺栓連接，在主梁驅(qū)動電機(jī)的軸端上安裝主動齒輪，與主梁上的齒輪傳動組件嚙合，驅(qū)動主梁繞支承管轉(zhuǎn)動；在固定于主梁上的支承軸承外殼上安裝齒輪傳動組件，采用螺栓連接；在主梁的支承處中央安裝旋轉(zhuǎn)管接頭，旋轉(zhuǎn)管接頭的旋轉(zhuǎn)端固定于主梁上，采用螺栓連接；旋轉(zhuǎn)管接頭的旋轉(zhuǎn)端與水平輸送管采用螺紋連接，旋轉(zhuǎn)管接頭的固定端與混凝土輸送管采用螺紋連接；混凝土輸送管垂直部分穿過支承管，并固定在支承管內(nèi)部；在主梁的伸出端上安裝旋轉(zhuǎn)管接頭，采用螺栓連接；旋轉(zhuǎn)管接頭的固定端與水平輸送管采用螺紋連接，旋轉(zhuǎn)管接頭的旋轉(zhuǎn)端與布料管采用螺紋連接，布料管可以繞旋轉(zhuǎn)管接頭轉(zhuǎn)動；水平輸送管固定在主梁上的管架上；在布料管上安裝皮帶傳動組件，與布料管驅(qū)動電機(jī)軸端上的主動皮帶輪配合，驅(qū)動布料管繞旋轉(zhuǎn)管接頭轉(zhuǎn)動；在支承管上部左側(cè)的電機(jī)安裝座上安裝布料管驅(qū)動電機(jī)，采用螺栓連接；在主梁的中部安裝皮帶張緊輪，調(diào)節(jié)皮帶傳動的松緊；在主梁的前端安裝管架，采用焊接連接；在主梁的后端安裝支承柱，采用焊接連接；采用鋼絲繩連接主梁、支承柱、管架，增強主梁的受力；在主梁的末端上安裝配重，保持主梁的受力平衡。

從以上內(nèi)容可知，雙關(guān)節(jié)布料管是由水平輸送管、旋轉(zhuǎn)管接頭、布料管等組成，連接水平輸送管的右端與旋轉(zhuǎn)管接頭的旋轉(zhuǎn)端，連接輸送管與旋轉(zhuǎn)管接頭的固定端，使得水平輸送管可以圍繞混凝土輸送管轉(zhuǎn)動。連接水平輸送管的左端與旋轉(zhuǎn)管接頭的固定端，連接布料管與旋轉(zhuǎn)管接頭的旋轉(zhuǎn)端，促使布料管可以圍繞主梁的旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動。合理把控好布料管驅(qū)動電機(jī)與主梁驅(qū)動電機(jī)，布料管可以在預(yù)設(shè)平面內(nèi)的任意點上布料。

該機(jī)器人的功能及使用說明：用混凝土泵車將商品混凝土送入混凝土輸送管，由支架、支承管組成機(jī)器人支承系統(tǒng)，它具有受力均衡，可支持主梁平穩(wěn)轉(zhuǎn)動；由主梁、管架、支承柱、鋼絲繩、配重、齒輪傳動組件、主梁驅(qū)動電機(jī)組成了可旋轉(zhuǎn)主梁，它具有支承水平輸送管和布料管的功能，并能平穩(wěn)地繞支承管轉(zhuǎn)動；由布料管、旋轉(zhuǎn)接頭、水平輸送管、混凝土輸送管組成了雙關(guān)節(jié)布料管，其中水平輸送管的右端與旋轉(zhuǎn)管接頭的旋轉(zhuǎn)端連接，混凝土輸送管與旋轉(zhuǎn)管接頭的固定端連接，水平輸送管繞垂直的混凝土輸送管轉(zhuǎn)動；水平輸送管的左端與旋轉(zhuǎn)管接頭的固定端連接，布料管與旋轉(zhuǎn)管接頭的旋轉(zhuǎn)端連接，布料管繞主梁伸出端的旋轉(zhuǎn)管接頭轉(zhuǎn)動；控制布料管驅(qū)動電機(jī)和主梁驅(qū)動電機(jī)，布料管可以在預(yù)設(shè)平面內(nèi)的任意點上布料。該機(jī)器人的優(yōu)點主要有：第一，操作自動化。該機(jī)器人運用智能化編程系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化操作。第二，現(xiàn)場無人化。該機(jī)器人適用于裝配式建筑板式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)，能夠在現(xiàn)場無人的情況下實現(xiàn)自動化操作。第三，便于遷徙。該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡單，體量小而輕，拆裝起來比較方便，便于遷徙。

1.3 用于混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，一種用于混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人,由支架1、布料管2、布料管驅(qū)動電機(jī)3、皮帶張緊輪4、皮帶傳動組件5、主梁6、旋轉(zhuǎn)管接頭7、極軸輸送管8、管架9、支承柱10、鋼絲繩11、配重12、齒輪傳動組件13、主梁驅(qū)動電機(jī)14、支承管15、混凝土輸送管16組成。

圖1

2 一種下管固定上管旋轉(zhuǎn)的上流向商品砼管接頭設(shè)計與研究

2.1 背景技術(shù)

用于混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人是針對游牧式裝配式建筑墻板類PC構(gòu)件澆筑而專門設(shè)計的，它由極軸支承系統(tǒng)、可旋轉(zhuǎn)主梁、雙關(guān)節(jié)布料管三大部件組成。（1）受力比較均衡，可以確保主梁轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性。（2）可以支撐極軸輸送管與布料管，而且可以圍繞極軸平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動。（3）借助旋轉(zhuǎn)接頭與混凝土輸送管將極軸輸送管連接起來，并且可以實現(xiàn)繞極軸轉(zhuǎn)動，再借助布料管旋轉(zhuǎn)接頭與極軸輸送管將布料管連接起來，可以繞著布料管旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動，對布料管驅(qū)動電機(jī)與主梁驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行有效控制，可以將布料管預(yù)設(shè)于平面的任意點上。該機(jī)器人的主要部件是雙關(guān)節(jié)布料管的旋轉(zhuǎn)接頭，具體指的是一種上管固定下管旋轉(zhuǎn)的下流向商品砼管接頭。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，可知一些文獻(xiàn)中報道了有關(guān)裝配式建筑領(lǐng)域混凝土一支構(gòu)建的工裝設(shè)備，但是還沒有關(guān)于下管固定上管旋轉(zhuǎn)的上流向商品砼管接頭。

2.2 研究內(nèi)容

本次研究內(nèi)容是提供一種密封可靠、旋轉(zhuǎn)自如、結(jié)構(gòu)簡單的下管固定上管旋轉(zhuǎn)的上流向商品砼管接頭。一種下管固定上管旋轉(zhuǎn)的上流向商品砼管接頭,由固定管、軸承座、軸承、軸承擋圈、旋轉(zhuǎn)管、填料等組成。該接頭的特征主要有：在旋轉(zhuǎn)管的軸承位上安裝軸承的內(nèi)圈，在旋轉(zhuǎn)管的擋圈槽內(nèi)安裝軸承擋圈，在軸承座的油封槽內(nèi)安放軸承座油封，然后將軸承的外圈壓入軸承座內(nèi)；軸承蓋安裝在軸承座的上端面上，采用螺栓連接，在軸承蓋與軸承座的上端面之間安放墊片，在軸承蓋的油封槽內(nèi)安放軸承蓋油封；將固定管插入旋轉(zhuǎn)管內(nèi)，與旋轉(zhuǎn)管上部的止口接觸；在旋轉(zhuǎn)管與固定管之間的填料函內(nèi)裝填填料；在軸承座的下端面上安裝填料壓蓋，采用螺栓連接，利用螺栓的壓緊力使填料壓蓋的凸臺壓緊填料；軸承座的法蘭安裝在雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人的主梁旋轉(zhuǎn)端上，采用螺栓連接；旋轉(zhuǎn)管與固定在雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人主梁上的商品砼輸送管連接，采用卡箍接管器連接；固定管與商品砼輸送管連接，采用卡箍接管器連接。一種下管固定上管旋轉(zhuǎn)的上流向商品砼管接頭有以下功能：（1）旋轉(zhuǎn)管繞主梁旋轉(zhuǎn)端的固定管自如轉(zhuǎn)動；（2）在旋轉(zhuǎn)管與固定管之間的填料函內(nèi)裝填填料，阻止了商品砼泥漿從旋轉(zhuǎn)管與固定管之間縫隙的泄漏；（3）在軸承蓋與軸承座的上端面之間安放墊片，在軸承蓋和軸承座的油封槽內(nèi)安裝油封，阻止了軸承內(nèi)的潤滑酯的泄漏；第四，將固定管插入旋轉(zhuǎn)管內(nèi)，并與旋轉(zhuǎn)管上部的止口接觸，增大了商品砼泥漿流入旋轉(zhuǎn)管與固定管之間縫隙的阻力。

具體安裝步驟：在旋轉(zhuǎn)管的軸承位上安裝錐形滾子軸承的內(nèi)圈，將旋轉(zhuǎn)管安放在軸承座內(nèi)，然后將錐形滾子軸承的外圈壓入軸承座內(nèi)，此時，錐形滾子軸承的內(nèi)圈和外圈貼合，錐形滾子軸承能承受布料管的軸向負(fù)荷；在軸承座下端面的螺孔內(nèi)安裝雙頭螺栓，在軸承蓋與軸承座下端面之間安放密封墊，在軸承蓋的油封槽內(nèi)安裝油封,將軸承蓋穿過在軸承座下端面上的雙頭螺栓，然后擰緊鎖緊軸承蓋的螺母，就此固定了錐形滾子軸承，同時阻止了錐形滾子軸承內(nèi)的潤滑酯的泄漏；將固定管插入旋轉(zhuǎn)管內(nèi)，與旋轉(zhuǎn)管下部的止口接觸，增大了商品砼泥漿流入旋轉(zhuǎn)管與固定管之間縫隙的阻力，同時旋轉(zhuǎn)管繞固定管能自如轉(zhuǎn)動；在旋轉(zhuǎn)管與固定管之間的填料函內(nèi)裝填填料；在軸承座上端面的螺孔內(nèi)安裝雙頭螺栓，將填料壓蓋穿過在軸承座上端面的雙頭螺栓，然后擰緊鎖緊填料壓蓋的螺母，利用螺栓的壓緊力使填料壓蓋的凸臺壓緊填料，就此阻止了商品砼泥漿從旋轉(zhuǎn)管與固定管之間縫隙的泄漏；管接頭裝配完畢，將軸承座的法蘭安裝在雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人的主梁伸出端上，采用螺栓連接；旋轉(zhuǎn)管與布料管連接，采用卡箍接管器連接；固定管與商品砼輸送管連接，采用卡箍接管器連接，商品砼輸送管固定在雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人的主梁上。

2.3 下管固定上管旋轉(zhuǎn)的上流向商品砼管接頭的結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2所示，一種下管固定上管旋轉(zhuǎn)的上流向商品砼管接頭,由固定管1、填料壓蓋2、軸承座3、軸承座油封4、軸承5、軸承擋圈6、旋轉(zhuǎn)管7、填料8、軸承蓋油封9、軸承蓋10、墊片11組成。

圖2

3 結(jié)語

綜上所述，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報道中既具有作業(yè)智能化、操作自動化、現(xiàn)場無人化、便于遷徙等優(yōu)點，又適用于裝配式建筑混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的用于混凝土澆筑的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人。而本文所設(shè)計的雙關(guān)節(jié)布料機(jī)器人具有操作自動化、現(xiàn)場無人化、方便轉(zhuǎn)場遷徙等優(yōu)點，可以用于裝配式建筑板式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)。