一種內墻膩子自動打磨機

勞振鵬　黃市生　曾志彬　吳國洪　陳學忠

【摘 要】為提高打磨效率、保證打磨墻面質量與保護環境整潔，本文設計一種內墻膩子自動打磨機，采用升降臺以及直線滑軌導組相結合與PLC控制的方式，使得打磨高度在100mm-4000mm之間的合適范圍、打磨平穩、自動打磨，在打磨機兩側安裝有超聲波傳感器，可在打磨過程中自動避開障礙物，在打磨機同側也安裝配置有一個超聲波傳感器，能保證打磨機與墻面之間的距離，從而保證打磨后的內墻表面平整均勻。

【關鍵詞】打磨機；自動；超聲波傳感器

中圖分類號： TU561.4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0108-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.054

【Abstract】In order to improve the grinding efficiency，ensure the quality of polished wall and protect the environment clean，this paper designs a kind of internal wall putty automatic grinding machine，which adopts the combination of lifting platform and linear slide guide group and PLC control，making the grinding height 100mm.The suitable range between-4000mm，smooth grinding，automatic polishing，ultrasonic sensors installed on both sides of the grinding machine，can automatically avoid obstacles during the grinding process，also installed on the same side of the grinding machine with an ultrasonic sensor，can guarantee The distance between the grinding machine and the wall surface ensures smoothness and evenness of the polished inner wall surface.

【Key words】Grinding machine；Automatic；Ultrasonic sensor

0 前言

打磨膩子層是建筑墻面噴漆或刷漆前的一道關鍵工序，墻面是否平整美觀很大程度上取決于打磨質量[1]。目前建筑裝修中絕大多數采用傳統手工打磨墻面和手持機器打磨。傳統手工打磨墻面不僅效率低，而且涂裝工人在打磨墻面時灰塵漫天飛揚[2]，盡管他們已經全副武裝防護，仍會對其健康造成危害，嚴重的會導致矽肺病。打磨墻面時灰塵擴散到大氣，對周圍環境也造成嚴重污染。而手持機器打磨相對手工打磨較好，但是手持打磨機時間過長會導致手臂酸疼，打磨墻面質量難以保證。

目前國內外很少內墻自動打磨機，但是有相當多的手持式墻面打磨機[3]?，F在市場上陸續出現了一些相關的廠家，可分為有塵墻面打磨機與無塵墻面打磨機兩種。有塵墻面打磨機，在進行打磨時，雖然提高了效率，機器價格也稍微便宜，灰塵還是沒有辦法解決，特別是打磨墻壁，工作量大，而且打磨造成大量的粉塵，嚴重威脅工人師傅的身體健康。無塵墻面打磨機雖然減少了灰塵，但仍是手持式，打磨墻壁工作量依舊相當大[4]。

為提高打磨效率、保證打磨墻面質量與保護環境整潔，本文提出了一種內墻膩子自動打磨機的設計方案，大致為采用升降臺以及直線滑軌導組相結合與PLC控制的方式，并且在打磨機兩側安裝有超聲波傳感器，在打磨機同側也安裝配置有一個超聲波傳感器，從而實現目標功能。下文將具體從機構設計方面與控制系統方面進行闡述。

1 設計方案

相對于手工打磨以及手持式膩子打磨機，為提高打磨效率，本文采用升降臺以及直線滑軌導組相結合的方式，需要實現打磨高度在100mm-4000mm的合適范圍之間；為實現打磨平穩以及機器長期穩定工作，采用PLC采集環境信息以及控制各種驅動件的方式。本文所設計的內墻膩子自動打磨機設計主要是由車體、升降臺、直線滑軌導組、打磨機以及傳感器組成。所述車體由4個86步進電機、4個 86步進電機支架、4個聯軸器、4個軸承安裝架、4個輪軸、4個車輪以及車體側板所組成，大小規格為600mmx500mmx150mm。86步進電機的縱向中心距為400mm，86步進電機安裝固定在86步進電機支架上，86步進電機支架與車體側邊距離為112.2mm，86步進電機軸與車輪的主軸通過聯軸器聯接傳動，其中軸承安裝架固定在側邊上，并且支撐車輪主軸，降低其運動過程中的摩擦系數，并保證其回轉精度。車體以PLC為控制核心，4個步進電機為執行元件，PLC根據超聲波傳感器接收到的信息，發送四組脈沖信號控制步進電機的轉動方向和速度，從而控制小車的移動，具體地，PLC采集超聲波傳感器檢測環境信息的方式是兩者之間需連接一個Arduino控制板，通過Arduino控制板觸發超聲波傳感器檢測障礙物，然后Arduino控制板進行障礙物距離的計算并且與程序設定的閾值進行比較，當障礙物距離小于或等于閾值，Arduino控制板將向PLC的輸入端發送電平變化的信息，從而實現PLC根據超聲波傳感器的檢測信息進而控制打磨機避開障礙物或者與墻壁保持固定的距離進行打磨。

所述升降臺由升降臺底板、連接杠、支撐板、液壓缸、超聲波傳感器、升降臺頂板，大小規格為600mmx500mm，未升起高度為508mm。升降臺底板通過螺栓與車體上蓋板相連接，平面內兩連接杠的橫向中心距為525.56mm，縱向每相隔兩條連接桿安裝一個液壓缸，使得每條連接桿所承受的壓力分散，升降臺能夠平穩地升降；并且液壓缸為電磁閥液壓缸，根據系統設定的時間就會上升或下降相應的距離，保證了打磨的均勻性。

所述直線滑軌導組由導軌右側擋板、絲杠、導軌及底板、滑塊、導軌下蓋板、導軌上蓋板、軸架、聯軸器、松下電機組成，導軌下蓋板與滑塊通過螺釘連接，使得滑塊能夠帶動導軌下蓋板；導軌上蓋板與導軌下蓋板通過螺栓連接、導軌上蓋板也與電機支架連接，并且導軌上蓋板上有很多定位孔，便于選擇打磨機合適的位置安裝，也不會影響到絲杠正常運行。直線滑軌導組也是以PLC為控制核心，松下電機為執行元件，根據程序設定的時間間隔，PLC間斷發出脈沖信號使得電機帶動絲杠的轉動，從而帶動滑塊的上下移動，有效移動距離為743mm。

本文所設計的打磨機由打磨機機罩、打磨機磨盤、電機、電機支架等組成。打磨機磨盤同軸安裝在電機上，打磨機機罩與打磨機磨盤要同軸安裝且打磨機磨盤的磨削面比打磨機機罩的前端面高5mm。電機安裝在電機支架上，電機支架與導軌上蓋板通過螺栓連接在一起，保持打磨機打磨過程中平穩。

本文的機構方案采用了“升降臺與直線滑塊導組”結合一起用的方法，使得打磨機的打磨距離可以大幅度調整也可以進行小幅度的調整，也可以同時一起移動來進行打磨，此外，也可以實現打磨范圍為100mm-4000mm，適用于絕大多數的家居膩子墻面裝修。

所述的傳感器主要是三個超聲波傳感器，分別安裝在升降臺頂板的兩側邊的頂角位置以及正面的頂角位置，兩側邊的超聲波傳感器所控制的車體安全距離為50mm，若所測量距離小于安全距離50mm，PLC就會停止發送往右的脈沖信號給步進電機，步進電機停止正向轉動，并開始進行差速轉動，車體開始逐漸拐彎；若測量距離大于安全距離50mm，PLC繼續發送往右的脈沖信號給步進電機，步進電機繼續正向轉動帶動車體繼續移動打磨；正面控制的打磨機打磨內墻深度為1mm，超聲波傳感器所獲得的設定值加上1mm即為打磨深度，若不符合立馬調整輸出脈沖量轉動電機的速度和方向調整打磨深度，用戶也可以對打磨深度進行調整，以實現內墻膩子自動打磨機的自動化。

2 系統運行方式

本文所設計的內墻膩子自動打磨機的系統運行方式是，通過采用四個步進電機驅動小車主體實現前進后退和左轉右轉，另外通過“液壓缸與直線滑軌模組”相結合的模式，液壓缸驅動升降臺上下移動，進行大范圍的調整上下距離，而直線滑軌模組則調整小范圍的距離，使得打磨平面光滑整潔，同時可以使得內墻膩子自動打磨機的可打磨范圍為從底端100mm到4000mm之間，適用于普遍的家居裝修。內墻膩子自動打磨機的左右兩側以及前方均安裝有超聲波傳感器，在打磨過程中可以避開墻角的柱子以及墻壁內角，避免打磨機與另一墻壁表面發生切割。同時，控制系統也會接收到超聲波傳感器所獲取的距離數據，經過數據處理后對車體的步進電機發送脈沖數據，從而驅動車體上的步進電機發生相對的轉動，達到自動打磨內墻的效果。

3 結語

本文所做的工作總結如下：第一，根據機器設備的功能要求進行了結構設計；第二，根據機器設備的功能要求搭建了控制系統。本文所設計的內墻膩子自動打磨機所具有的意義有：內墻膩子自動打磨機相對于手工打磨以及手持式膩子打磨機，提高了打磨效率，對于目前一些自動打磨機，本文采用升降臺以及直線滑軌導組相結合的方式，使得打磨高度在100mm-4000mm之間，打磨墻面范圍合適，而且打磨平穩；本文內墻膩子自動打磨機的打磨機兩側安裝有超聲波傳感器，可在打磨過程中自動避開不在同一平面的障礙物，避免損壞打磨機頭以及墻壁，實現自動化；內墻膩子自動打磨機同側也安裝配置有一個超聲波傳感器，能保證打磨機與墻面之間的距離，使得打磨機打磨內墻的深度為1mm，從而保證打磨后的內墻表面平整均勻；本文采用升降臺作為打磨機的打磨升降形式，相比目前國內外存在的單條液壓桿升降的形式穩定，保證了在打磨過程中的穩定性，也可以對打磨區域進行大范圍的調整。

【參考文獻】

[1]蔣金明，陳均僑，劉朋.內外墻膩子的工程質量問題分析與解決措施[J].廣東建材，2011，27（01）：44-46.

[2]薛偉.合理利用小機、做好道岔打磨[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2016（03）：291-292.

[3]魏兆亮.城市建筑類中小型機械工具的研究——墻面打磨機的設計[J].改革與開放，2009（10）：169+171.

[4]傅小平.建筑墻面環保打磨機研究[J].重慶建筑，2012，11（12）：48-49.