可調式自動抹灰裝置設計

吳 佳，郭 雄，張世亮

（湛江科技學院智能制造學院，廣東湛江 524094）

0 引言

目前，我國的住宅式、商業用房、工業用房的建筑墻面的裝潢，多數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注[1]。但是，如今市面上的眾多自動抹灰裝置的設計都并不完善。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且費力的動作將灰料送入正在運作且上升的料盒里，抹灰質量完全取決于工人是否能將灰料持續地送入儲料盒中，抹灰質量不易保證；（2）現有抹灰設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現抹灰[1]，效率極低。本文研究的可調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，在保證運動穩定性的基礎上，同時又節約設計成本。整體設計的結構利用鋁合金型材結合板材結構的方式，結構簡單，易組合，后期維護也比較方便快捷。同時其移動便利，剛性強，有著一定的抗沖擊能力。可實現工作時的自動補料，不需工人持續向料盒添置灰料，大大地減輕了工人的勞動量，同時極大地提高了抹灰質量和抹灰效率。另外，執行機構可實現兩個方向上的移動，使裝置無論在哪一個方向上移動，都可實現抹灰動作，進而更一步地提升了抹灰裝置的工作效率。

1 機構設計

本文所研究的設計裝置組成結構主要包括移動底座、升降機構、輸送機構和抹灰執行機構4 個部分[3]。通過Solid?Works三維軟件將其繪制[4]，整體裝置結構如圖1所示。

圖1 可調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，其上放置有輸送機構與升降機構，抹灰執行機構設置在升降機構上，移動底座可實現裝置的橫向移動。升降機構可沿縱向作往復運動[5]。抹灰的實現路徑為：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行機構的軟管接頭[6]。當灰料到達抹灰執行機構的抹灰板時，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，這樣就可以實現需要向其他墻面抹灰時，不用再去重新調整裝置各個機構的位置，省時省力，提升抹灰效率。升降機構可帶動著抹灰執行機構沿縱向作往復運動，即與墻面平行的方向，最終實現抹灰裝置可涂抹一定高度范圍墻面的目的。正是因為抹灰執行機構可隨著升降機構進行升降，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現抹灰，和現有的只能在上升過程中實現抹灰的裝置相比較，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，移動平臺和平臺導軌。移動平臺需要設計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]。輸送機構與升降機構置于移動平臺上，移動平臺沿橫向往復運動時，輸送機構和升降機構會隨著移動平臺沿此方向作相同的往復運動，最終實現在橫向上調節抹灰執行機構的位置的目的。平臺導軌包括運行導軌與輔助導軌，使得整個可調式自動抹灰裝置的移動更加便利，可調式自動抹灰裝置的穩定性有所提高，盡可能避免了裝置出現翻倒的問題。運行導軌沿第一方向設置，移動平臺置于運行導軌上，可沿第一方向往復運動；輔助導軌沿第一方向和運行導軌間隔設置，且設在運行導軌遠離墻面的一側；平衡支撐腳設在移動平臺上遠離抹灰板工作面的一側，且置于輔助導軌上，用于支撐可調式自動抹灰裝置。

1.2 升降機構

升降機構主要包含升降動力部、三級升降氣缸和可拆卸圓柱導軌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]。抹灰執行機構也會隨著三級升降氣缸和可拆卸圓柱導軌的的升降而發生高度的變化。即可快速精準地調節執行機構末端即抹灰板的高度，實現抹灰板的工作高度可依據工作需要進行調節，進而能夠實現一定高度范圍內的墻面的抹灰工作。圓柱導軌采取中空設計，在保留剛性的同時也減輕了重量[9]。

1.3 輸送機構

輸送機構包含儲料盒、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，蛟龍葉片設置在泵身內部，泵身一側和儲料盒相連通，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，用來供應送料動力，帶著蛟龍葉片旋轉，最后可將泵身內的灰料從底部輸送直至泵身的出口，實現了將灰料從儲料盒輸送到輸送管道內的目的。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]。由此即可達到自動送料和抹灰協同工作。

1.3.1 儲料盒設計

儲料盒設計如圖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送灰料。儲料箱的側邊設置合適的孔位以便與螺旋輸送泵底部連接，當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，將儲料箱的頂部設置為斜式而不是水平式。

圖2 儲料盒三維設計

1.4 抹灰執行機構

抹灰執行機構主要包含抹灰板、壓緊機構、抹灰調節部3個部分[1]。

1.4.1 抹灰板設計

抹灰板設有多個出料口，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淹沒最底下那行出料口時，就已經可以開始讓抹灰裝置升起了。將靠近墻側的抹灰板設計為長條型，可使出料更加均勻。

圖3 抹灰板結構

1.4.2 壓緊機構設計

壓緊機構是為了能將抹灰板與墻壁始終保持接觸。因此選用彈性系數不大的彈簧，防止彈簧力太大導致抹灰板與墻壁產生過大的摩擦力而干涉裝置的運行。

1.4.3 抹灰調節部設計

抹灰調節部如圖4 所示，用來調整抹灰板的抹灰角度或者抹灰板的抹灰力度[12]。

圖4 抹灰調節部部件

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

抹灰力度調節部件為推送件，推送件和背離墻面一側的抹灰板相連，且可沿垂直于墻面方向作往復運動，帶動抹灰板沿此方向往復運動，進而改變抹灰板與墻面的距離，實現調節抹灰板的抹灰力度的目的。

1.4.4 抹灰執行機構工作原理

當灰料到達輸送軟管末端，進入抹灰板時，此時由于圓弧導軌的存在，抹灰板將會與墻壁形成一定的角度。當機構向下運行時，工人控制開關將氣缸升起帶動機構沿著圓弧導軌向上調整姿態，此時抹灰板與墻壁的角度變小甚至平行。在抹灰同時壓緊機構會將抹灰板貼緊墻壁以防灰料流失。這樣就達到了抹灰的效果[13]。

2 氣動系統設計

從氣源出來共有3條支路，分別是小氣缸、氣動馬達和三級氣缸的供氣。兩個氣缸的進氣路分別設有單向閥以防氣缸在運行過程中泄壓導致錯誤動作。在所有進氣路與排氣路都設有調速閥用以調節氣缸或者氣動馬達的運行速度。在3條支路都分別設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可以承受的最大壓力值。氣動系統方案設計如圖5所示。

圖5 氣動系統方案

3 結束語

本設計裝置中，針對現有抹灰裝置存在的缺陷問題進行結構上的設計與優化，從抹灰裝置的基本動作出發，研究如何使裝置在運行過程中可實現自動連續送料及抹灰的上下連續動作的需求，提出實用的可行性方案。利用SolidWorks 軟件作三維設計，總體方案中的移動底座、升降機構、輸送機構和執行機構的組合安裝，結合氣動系統的驅動很好的實現了節約抹灰時間，提升抹灰質量和抹灰效率的目的。