自動化地磚鋪貼機的設計研究

趙剛， 花勇

（江蘇食品藥品職業技術學院，江蘇 淮安 223003）

0 引 言

地磚是一種房屋地面的裝飾材料，也叫地板磚，貼在房屋地面上用來起美觀房屋的作用。傳統的貼地磚主要依靠人力進行純手工鋪貼，雖然鋪貼質量較高，但是人力和時間成本相對較高，而且鋪貼質量不穩定。近些年來，智能貼磚機［1］或者全自動智能貼磚機［2］相繼問世，從根本上降低了貼地磚的成本，提高了貼地磚的效率和質量。相比于傳統的手工貼地磚，貼地磚機器設備的使用使鋪貼地磚更加方便、省時、省工、高質、高效，市場應用前景十分廣闊。因此，開發自動化貼地磚設備有著巨大的經濟效益和社會效益。自動化貼地磚動作主要由自動化抹灰和自動化鋪貼兩步工藝組成，當前自動化抹灰主要采用刮切原 理 實 現［1-2］， 自 動 化 鋪 貼 主 要采用壓緊原理實現，而本文主要設計了一種新型抹灰原理，然后利用CATIA軟件對采用新型抹灰原理的自動化貼地磚設備進行了初步設計，對于此類貼地磚設備的開發有著重要的參考和指導意義。

1 新型抹灰原理設計

地磚抹灰指采用混凝土對地磚的面層進行抹灰的工藝。當前，自動化抹灰主要采用刮切原理實現地磚的抹灰（圖1），具體原理過程是地磚面朝上，然后利用擋板控制地磚側面的混凝土，由機構驅動刮板移動以模擬人工手動將地磚面上部多余的混凝土刮切掉，從而實現自動化抹灰的目的。而本文設計的新型抹灰原理如圖1，具體原理過程是基于注塑模具成型原理，首先由移動機構將地磚面朝下的地磚移動到指定位置，與側面的擋板形成一定開口的方形空間，底部支撐板在氣缸的驅動下升起，將方形空間封閉，此時由柱塞泵將混凝土從封閉的方形空間側面泵入，在混凝土自身的黏性和柱塞泵輸出壓力的共同影響下，實現混凝土和地磚的黏著，經過一定時間的保壓后，由底部支撐板將混凝土和地磚從側面擋板形成的開口方形空間中推出，然后由機構將帶混凝土的地磚取走進行鋪貼。在整個抹灰過程中，側面擋板安裝要形成一定的傾斜度以方便帶混凝土的地磚脫出，底部支撐板表面加工需要達到一定的光潔度，這樣有利于機構在取走帶混凝土的地磚時，防止混凝土粘在支撐板上，造成混凝土脫落影響抹灰質量。相比于采用刮切原理的抹灰工藝，新工藝可以在地磚底部成型高度規整、較高密度的混凝土模型，而且根據需要，可修改底部支撐板表面形狀方便形成波浪形、同心圓形、凸點形等混凝土花紋，提高貼地磚設備的通用性，避免帶混凝土地磚的翻轉，同時混凝土的利用率相比于刮切原理得到明顯改善。

圖2 自動化地磚鋪貼機

2 自動化地磚鋪貼機的整體設計

為了實現自動化抹灰和貼地磚工藝，本文設計的自動化地磚鋪貼機由三個工位組成，分別是上料工位、自動化抹灰工位和自動化貼地磚工位組成。上料工位由地磚承接組件實現，自動化抹灰工位由抹灰組件實現，自動化貼地磚工位由貼地磚組件實現，其他輔助功能則由伸縮組件、橫梁移動組件、移動支撐組件及輔助零部件實現，其整體結構如圖2，橫梁移動組件通過伸縮組件與貼地磚組件實現聯接，橫梁移動組件、抹灰組件和地磚承接組件一起以直線方式布置在移動支撐組件內部，其工作原理如下：首先人工在地磚承接組件上安放一定數量的地磚，然后人工在抹灰組件中的料斗中裝入一定數量的混凝土，此時橫梁移動組件驅動伸縮組件和貼地磚組件到地磚承接組件上方，伸縮組件動作驅動貼地磚組件抓取地磚，然后伸縮組件驅動已經抓取地磚的貼地磚組件歸位，由橫梁移動組件驅動伸縮組件和貼地磚組件進入抹灰工位進行自動化抹灰，然后由橫梁移動組件驅動貼磚組件將粘有混凝土的地磚移動到貼磚工位進行貼磚作業。當完成一次鋪貼地磚動作以后，由移動支撐組件驅動貼地磚組件、伸縮組件、橫梁移動組件和抹灰組件進行下一塊地磚的鋪貼。

3 抹灰組件設計

地磚抹灰需要考慮上灰和抹灰兩步，本文將基于新型抹灰原理的抹灰組件設計如下，其外形結構如圖3，主要由氣缸、料斗、柱塞泵、電機、流道組件、支撐件、擋板、支撐板及輔助零部件構成，流道組件則由流道件、底板及輔助零件組成。料斗通過輔助支撐件固定在移動支撐組件上，料斗的輸出口則連接流道組件中的流道件，而柱塞泵、電機及擋板均固定安裝在流道組件上。流道組件通過底板安裝在移動支撐組件上，支撐板通過氣缸實現與支撐件的聯接，支撐件則安裝在底板下方。抹灰過程見圖1。其脫地磚過程描述如下：當混凝土和地磚面之間達到充分黏著時，電機停止運轉，柱塞泵不再泵入混凝土，這時由氣缸驅動支撐板上移，伸縮組件同步驅動貼地磚組件和地磚向上移動，當移動距離使支撐板脫離擋板時，氣缸停止驅動，通過電磁換向閥控制氣路換向實現氣缸收縮，從而將支撐板牽引歸位，而此時伸縮組件則繼續收縮直到規定高度，然后由橫梁移動組件驅動至自動化貼地磚工位去實現地磚的鋪貼。

圖3 抹灰組件

4 其它組件設計

貼地磚組件主要由支撐住、底板、吸盤、振動氣缸、橡膠錘、提升氣缸及輔助組件構成，吸盤由提升氣缸驅動用于抓取地磚［3］，振動氣缸和橡膠錘則用于對地磚敲打實現鋪貼地磚的目的。伸縮組件主要由伸縮氣缸、剪式支撐桿及輔助組件構成，用于實現貼地磚組件的直線移動。橫梁移動組件主要由皮帶輪、皮帶、伺服電機1、聯軸器及輔助零部件組成，用于實現伸縮組件和貼地磚組件在移動支撐組件上的直線移動。移動支撐組件主要由橫梁、導軌、懸柱、立柱、伺服電機、聯軸器、萬向輪、定位銷、鎖緊裝置及輔助零件構成，移動支撐組件自身的移動依靠伺服電機驅動，從而實現橫梁移動組件、伸縮組件和貼地磚組件的整體移動，最終實現不同地磚鋪貼位置間的移動。

5 結 語

本文設計的新型抹灰原理是成型原理在建筑領域中的一次應用，它可以提高地磚面下混凝土的規則性、密實性及可變性，而且混凝土的利用率相比傳統抹灰工藝得到顯著提高。但是，柱塞泵的輸出壓力、支撐板表面精度、保壓時間、地磚定位精度、移動支撐組件移動精度等方面需要進一步的研究優化。總之，本文設計的新型抹灰原理、抹灰組件和自動化地磚鋪貼機對于此類自動化貼地磚設備的開發有著重要的參考和指導意義。

［ 1］ 劉慶軍.智能貼磚機：CN201310095604.4［ P］.2013-06-12.

［ 2］ 王越.全自動智能貼磚機：CN201410049554.0［ P］.2014-09-24.

［3］ 聶陶蓀,程洪濤,陳華龍,等.一種墻地磚檢測生產線分檢機械手的設計［J］.中國陶瓷，2006（12）：25-27.