多功能農(nóng)用小型上料機(jī)的研究與設(shè)計(jì)

張西順 童心 李彩霞 孫玉鳳

【摘要】針對(duì)目前農(nóng)村室內(nèi)裝修依然依靠人工作業(yè)的現(xiàn)狀，自行設(shè)計(jì)了一種多功能農(nóng)用小型上料機(jī)。該上料機(jī)主要由伺服電機(jī)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)裝置等組成，可根據(jù)工人的需要，實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)的上升和下降、支撐平板的伸展和收縮、上料機(jī)的整體移動(dòng)和固定、根據(jù)程序設(shè)置完成自主上料。該機(jī)械平穩(wěn)性好，安全性高，操作方便，工作效率高，制造成本低，具有較好的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】上料機(jī);自主上料;自動(dòng)控制

Abstract：With the circumstance that the interior decoration still mostly depends on the manual work，I design the multi-function agricultural feeding machine.It consists of the servo units，movement system，transportation system，hydraulic system，control system and the monitoring system.With the combination of all the systems，it can go up and down，extend and contract，move freely，feed material according to the procedure to meet all kinds of the requirement.I believe it will have a bright practical value future because of the advantages such as good stability，high safety level，convenient handling，high work efficiency and the low production price.

Keywords：feeder;automatic feeding;automatic control

引言

在裝修行業(yè)中，對(duì)墻壁的上膩工作量大約占整個(gè)裝修工作量的50%，整個(gè)上膩過程全靠手工完成。特別是對(duì)內(nèi)墻進(jìn)行上膩過程中，依靠腳手架作為支撐平臺(tái)，在上料過程中需要多人相互配合，純?nèi)肆ι狭?，費(fèi)工費(fèi)力，很不方便。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)生活要求越來越高，房屋更新建設(shè)頻度也隨之提高，勞動(dòng)力的費(fèi)用在加工作業(yè)成本中所占的比例也越來越高。節(jié)省人力，提高工作效率，成了農(nóng)村小型建筑工程隊(duì)迫切需要解決的實(shí)際問題[1]。

針對(duì)上述情況，本文設(shè)計(jì)了一款多功能農(nóng)用小型上料機(jī)，可根據(jù)裝修工人的需要，實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)的上升和下降，支撐平板的伸展和收縮，上料機(jī)的整體移動(dòng)和固定，根據(jù)程序完全自動(dòng)化上料。該機(jī)械平穩(wěn)性好，安全性高，操作方便，工作效率高，制造成本低，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和較好的應(yīng)用前景。

1.總體設(shè)計(jì)方案

本機(jī)器主要主要有伺服電機(jī)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和檢測(cè)裝置等組成。各個(gè)系統(tǒng)相互配合能夠?qū)崿F(xiàn)上料機(jī)整體運(yùn)動(dòng)、腳支固定、工作平臺(tái)上升下降、自動(dòng)上料以及支撐板的伸縮。能夠滿足工人在裝修時(shí)的基本作業(yè)，整體效果圖如圖1所示。

1.1 伺服電機(jī)

該伺服電機(jī)采用松下數(shù)全數(shù)字式交流伺服電機(jī)，它作為目前較為成熟的伺服電機(jī)能夠較好地滿足上料機(jī)在可編程邏輯控制器（PLC）的控制下完成上料。完全實(shí)現(xiàn)上料部分的自動(dòng)化作業(yè)，能夠較大程度的提高工人的工作效率，并且可以實(shí)現(xiàn)目前室內(nèi)環(huán)境下的正常工作。

圖1 多功能農(nóng)用小型上料機(jī)整體示意圖

注：1.支腿;2.輪系部分;3.上料輸送系統(tǒng);4.配電箱;5.電機(jī);6.進(jìn)料箱;7.工具箱;8.觸摸屏控制板;9.儲(chǔ)料箱;10.千斤頂;11.工作平臺(tái)。

1.2 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

上料機(jī)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要包括上料機(jī)整體的運(yùn)動(dòng)，作為整個(gè)機(jī)械的行走運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，承載著上料機(jī)在工作以及不工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)作業(yè)。在上料機(jī)不工作時(shí)，可以將運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)處于無約束狀態(tài)下可以人工自由移動(dòng)，能夠靈活的對(duì)整個(gè)上料機(jī)進(jìn)行放置或者移動(dòng)，可以方便工作人員將它放置于任何地方。

上料機(jī)工作時(shí)運(yùn)動(dòng)部分主要有驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輪系部分、信號(hào)轉(zhuǎn)換器等部分構(gòu)成，在上料機(jī)需要移動(dòng)位置時(shí)直接利用電信號(hào)控制輪系移動(dòng)，并且可以根據(jù)輪子的運(yùn)動(dòng)圈速來控制移動(dòng)的距離，滿足在不同位置工作，作業(yè)人員可以再作業(yè)平臺(tái)上直接操作位置移動(dòng)[2]。

1.3 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)主要包括進(jìn)料倉(cāng)、輸送裝置、儲(chǔ)料倉(cāng)，其中輸送裝置包括伺服電機(jī)、螺桿等機(jī)構(gòu)。在工作人員進(jìn)行作業(yè)之前先將攪拌好的膩?zhàn)臃湃脒M(jìn)料倉(cāng)，作業(yè)過程中PLC根據(jù)儲(chǔ)料倉(cāng)的檢測(cè)信號(hào)，控制輸送裝置工作，將進(jìn)料倉(cāng)的膩?zhàn)幼灾鬏斔偷絻?chǔ)料倉(cāng)中，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程中的自動(dòng)化作業(yè)，可以在作業(yè)過程中源源不斷的供料。以此來減少工人在工作過程中復(fù)雜化、高強(qiáng)度的勞動(dòng)過程。

圖2 輸送系統(tǒng)示意圖

1.4 液壓系統(tǒng)

為了避免上料機(jī)單一性功能帶來的利用率低的弊端，在其上料的基礎(chǔ)上增加了由液壓系統(tǒng)組成的方便工人作業(yè)的操作平臺(tái)和固定作業(yè)時(shí)上料機(jī)的腳支部分。其操作平臺(tái)采用目前較為成熟的液壓缸作為控制平臺(tái)上升的動(dòng)力元件，它可以在人工控制下，根據(jù)需要將升降平臺(tái)上升到所需高度的位置，具有高效、方便的特點(diǎn)。液壓式升降平臺(tái)突破了傳統(tǒng)腳手架需要不斷上下平臺(tái)調(diào)整高度所帶來的不便，節(jié)約了大量的勞動(dòng)時(shí)間，提高工作效率[3]。

腳支系統(tǒng)也采用液壓系統(tǒng)來控制腳支的伸縮，以滿足在工作過程中對(duì)上料機(jī)的固定以及運(yùn)動(dòng)的操作。借助于液壓系統(tǒng)可以直接在平臺(tái)上操作控制面板來完成對(duì)上料機(jī)的運(yùn)動(dòng)和固定，具有方便、快捷的特點(diǎn)，滿足了上料機(jī)固定作業(yè)時(shí)的安全性。

1.5 控制系統(tǒng)

上料機(jī)在上料過程中為了減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，該機(jī)采用先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)直接在作業(yè)過程中完成對(duì)膩?zhàn)拥纳狭?。其控制系統(tǒng)采用的是西門子公司的可編程邏輯控制器（PLC），它具有產(chǎn)品性能好、應(yīng)用廣泛、適應(yīng)能力強(qiáng)、容易操作以及較高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、精確地工作。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖

1.6 檢測(cè)裝置

為了精確地控制各部分的操作，在各個(gè)部位安裝不同的信號(hào)檢測(cè)裝置，依靠每個(gè)部位工作方式的不同，將各類傳感器安裝在恰當(dāng)?shù)奈恢脵z測(cè)出各部分不同時(shí)段的的信號(hào)，傳輸?shù)娇刂平K端或者顯示屏上，根據(jù)需要進(jìn)一步控制機(jī)械的作業(yè)。例如上料檢測(cè)，上料機(jī)在對(duì)膩?zhàn)由狭线^程中會(huì)時(shí)刻檢測(cè)進(jìn)料倉(cāng)和儲(chǔ)料倉(cāng)中膩?zhàn)拥娜莘e，將信號(hào)傳輸?shù)娇刂平K端中。信號(hào)會(huì)和設(shè)定參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，若儲(chǔ)料倉(cāng)的檢測(cè)值小于設(shè)定值，PLC會(huì)自動(dòng)控制輸送系統(tǒng)將進(jìn)料倉(cāng)中的膩?zhàn)虞斔偷絻?chǔ)料倉(cāng);若進(jìn)料倉(cāng)的檢測(cè)值低于設(shè)定值，控制終端會(huì)發(fā)出報(bào)警裝置，提醒工作往進(jìn)料倉(cāng)添加膩?zhàn)?。通過檢測(cè)裝置和控制系統(tǒng)的相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作的自動(dòng)化和精確化作業(yè)[4]。

2.工作原理及產(chǎn)品特點(diǎn)

2.1 工作原理

多功能農(nóng)用小型上料機(jī)利用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，可以自主識(shí)別儲(chǔ)料箱中膩?zhàn)拥娜萘?，通過可編程邏輯控制器（PLC）自主完成上料，能夠源源不斷地滿足工人用料的需求。在設(shè)計(jì)過程中采用人機(jī)交互原則，可以通過人工控制實(shí)現(xiàn)整體平移、平臺(tái)上升、支撐板伸展等一系列操作，滿足工人作業(yè)時(shí)的各種需要，極大地提高了工作效率[5]。

2.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

1）利用先進(jìn)的可編程邏輯控制器（PLC）作為控制部分地核心，可實(shí)現(xiàn)上料過程的完全自主化作業(yè)。2）操作人員可以在操作平臺(tái)對(duì)整個(gè)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)、上料、升降等進(jìn)行操作，提高了工作效率。3）操作系統(tǒng)直接運(yùn)用觸摸式輸入模塊，對(duì)作業(yè)人員的文化水平要求較低。4）上料機(jī)還可以橫向伸縮支撐板，對(duì)房頂進(jìn)行裝修時(shí)可以躺著作業(yè)，減少了工作人員的疲勞強(qiáng)度。5）上料機(jī)屬于中小型機(jī)械設(shè)備適用于大中小型房屋的室內(nèi)裝修。

3.總結(jié)

多功能農(nóng)用小型上料機(jī)將控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相結(jié)合，滿足該機(jī)械在裝修過程中的半自動(dòng)化作業(yè)，能夠在控制系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)料箱內(nèi)膩?zhàn)尤萘康臋z測(cè)，并根據(jù)設(shè)定的儲(chǔ)量自動(dòng)完成上料;同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)升降、整車移動(dòng)與固定。本文設(shè)計(jì)的多功能農(nóng)用小型上料機(jī)成本低、體積小、性價(jià)比高、節(jié)省人力、性能完善、安全可靠、操作簡(jiǎn)便，適用于農(nóng)村小型建筑隊(duì)使用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張西順（1990—），男，山東菏澤人，大學(xué)本科。