可调式自动抹灰装置设计

吴 佳，郭 雄，张世亮

（湛江科技学院智能制造学院，广东湛江 524094）

0 引言

目前，我国的住宅式、商业用房、工业用房的建筑墙面的装潢，多数情况下仍然还是由人工来完成的，这种方式下会存在工人劳动力大，用时周期长，不易保证最终质量和效率低下等诸多问题。墙体抹灰装置作为墙面装潢不可或缺的一员，在各个层面上也得到了很多人的关注[1]。但是，如今市面上的众多自动抹灰装置的设计都并不完善。概括起来，主要问题有以下两个方面[2]：（1）需装潢墙面的师傅用反复且费力的动作将灰料送入正在运作且上升的料盒里，抹灰质量完全取决于工人是否能将灰料持续地送入储料盒中，抹灰质量不易保证；（2）现有抹灰设备只可在其上升的行程中往墙壁抹灰而下降过程中却不能实现抹灰[1]，效率极低。本文研究的可调式自动抹灰装置旨在解决以上两个问题。

该装置动力源由微型压缩空气站提供，在保证运动稳定性的基础上，同时又节约设计成本。整体设计的结构利用铝合金型材结合板材结构的方式，结构简单，易组合，后期维护也比较方便快捷。同时其移动便利，刚性强，有着一定的抗冲击能力。可实现工作时的自动补料，不需工人持续向料盒添置灰料，大大地减轻了工人的劳动量，同时极大地提高了抹灰质量和抹灰效率。另外，执行机构可实现两个方向上的移动，使装置无论在哪一个方向上移动，都可实现抹灰动作，进而更一步地提升了抹灰装置的工作效率。

1 机构设计

本文所研究的设计装置组成结构主要包括移动底座、升降机构、输送机构和抹灰执行机构4 个部分[3]。通过Solid⁃Works三维软件将其绘制[4]，整体装置结构如图1所示。

图1 可调式自动抹灰装置三维图

该装置的工作方式：移动底座起承载作用，其上放置有输送机构与升降机构，抹灰执行机构设置在升降机构上，移动底座可实现装置的横向移动。升降机构可沿纵向作往复运动[5]。抹灰的实现路径为：往储料盒里放置灰料，灰料将从储料盒的底部流向螺旋输送泵，装置顶端的气动马达为螺旋输送泵提供动力，这时螺旋输送泵里的叶片将以一定大小的压力持续不断地将灰料输出至螺旋输送泵顶端的软管接口。灰料通过输送软管送到抹灰执行机构的软管接头[6]。当灰料到达抹灰执行机构的抹灰板时，仍然具有一定的压力，这时灰料从抹灰板面向墙壁一侧的出料口中喷出，并随着三级气缸的升降均匀地涂抹在墙壁上[1]。

通过以上方式能够完成墙面的抹灰动作，若完成一面墙的抹灰工作后，可通过移动承载装置的小车的位置改变移动底座的位置，将装备移到相邻近的墙面，这样就可以实现需要向其他墙面抹灰时，不用再去重新调整装置各个机构的位置，省时省力，提升抹灰效率。升降机构可带动着抹灰执行机构沿纵向作往复运动，即与墙面平行的方向，最终实现抹灰装置可涂抹一定高度范围墙面的目的。正是因为抹灰执行机构可随着升降机构进行升降，才使得装置不仅在上升过程中工作，在下降过程中同样也可实现抹灰，和现有的只能在上升过程中实现抹灰的装置相比较，其工作效率在理论上来说，可以提升1倍。

1.1 移动底座

移动底座包含平衡支撑脚，移动平台和平台导轨。移动平台需要设计出固定各个部件的孔的位置，方便安装移动平台需要承载的每个部件[7]。输送机构与升降机构置于移动平台上，移动平台沿横向往复运动时，输送机构和升降机构会随着移动平台沿此方向作相同的往复运动，最终实现在横向上调节抹灰执行机构的位置的目的。平台导轨包括运行导轨与辅助导轨，使得整个可调式自动抹灰装置的移动更加便利，可调式自动抹灰装置的稳定性有所提高，尽可能避免了装置出现翻倒的问题。运行导轨沿第一方向设置，移动平台置于运行导轨上，可沿第一方向往复运动；辅助导轨沿第一方向和运行导轨间隔设置，且设在运行导轨远离墙面的一侧；平衡支撑脚设在移动平台上远离抹灰板工作面的一侧，且置于辅助导轨上，用于支撑可调式自动抹灰装置。

1.2 升降机构

升降机构主要包含升降动力部、三级升降气缸和可拆卸圆柱导轨3部分。升降动力部和多级升降杆连接，采用气动方式提供动力，从而控制升降气缸的升降[8]。抹灰执行机构也会随着三级升降气缸和可拆卸圆柱导轨的的升降而发生高度的变化。即可快速精准地调节执行机构末端即抹灰板的高度，实现抹灰板的工作高度可依据工作需要进行调节，进而能够实现一定高度范围内的墙面的抹灰工作。圆柱导轨采取中空设计，在保留刚性的同时也减轻了重量[9]。

1.3 输送机构

输送机构包含储料盒、输送泵和输送管道（输送软管）。储料盒用于装载抹灰的灰料，输送泵即螺旋输送泵，具体包含输送动力源、泵身和蛟龙叶片，蛟龙叶片设置在泵身内部，泵身一侧和储料盒相连通，输送管道又与泵身的出口相连，输送动力源和蛟龙叶片相连，用来供应送料动力，带着蛟龙叶片旋转，最后可将泵身内的灰料从底部输送直至泵身的出口，实现了将灰料从储料盒输送到输送管道内的目的。输送软管和抹灰板相连，输送泵可将储料盒中的灰料通过输送软管输送至执行端抹灰板，并通过抹灰板上的出料口喷出，使得抹灰板将灰料均匀涂抹在墙面上[10]。由此即可达到自动送料和抹灰协同工作。

1.3.1 储料盒设计

储料盒设计如图2 所示，主要起储存灰料的作用，同时需和螺旋输送泵一端相连，以便通过螺旋输送泵向输送管道运送灰料。储料箱的侧边设置合适的孔位以便与螺旋输送泵底部连接，当螺旋输送泵开始工作时，灰料就会受自身的势能及大气压力的作用自动流入螺旋输送泵里。为使工人方便向储料盒添加灰料，其开口设置的比较低，同时为了更方便地添加灰料，将储料箱的顶部设置为斜式而不是水平式。

图2 储料盒三维设计

1.4 抹灰执行机构

抹灰执行机构主要包含抹灰板、压紧机构、抹灰调节部3个部分[1]。

1.4.1 抹灰板设计

抹灰板设有多个出料口，如图3 所示，一方面为使灰料均匀分布在墙面上，提高抹灰的质量[11]；另一方面，大大压缩了均匀抹灰的时间，提升了工人的工作效率。同时抹灰板里存在一定的容料空间，在灰料还没填满抹灰板里的容料空间但已经淹没最底下那行出料口时，就已经可以开始让抹灰装置升起了。将靠近墙侧的抹灰板设计为长条型，可使出料更加均匀。

图3 抹灰板结构

1.4.2 压紧机构设计

压紧机构是为了能将抹灰板与墙壁始终保持接触。因此选用弹性系数不大的弹簧，防止弹簧力太大导致抹灰板与墙壁产生过大的摩擦力而干涉装置的运行。

1.4.3 抹灰调节部设计

抹灰调节部如图4 所示，用来调整抹灰板的抹灰角度或者抹灰板的抹灰力度[12]。

图4 抹灰调节部部件

抹灰角度调节部件具体包含图中所示的圆弧导轨和滑块，推送块和抹灰板相连，滑块放置于圆弧导轨中，通过其滑动来调节抹灰板与墙面的接触姿态。

抹灰力度调节部件为推送件，推送件和背离墙面一侧的抹灰板相连，且可沿垂直于墙面方向作往复运动，带动抹灰板沿此方向往复运动，进而改变抹灰板与墙面的距离，实现调节抹灰板的抹灰力度的目的。

1.4.4 抹灰执行机构工作原理

当灰料到达输送软管末端，进入抹灰板时，此时由于圆弧导轨的存在，抹灰板将会与墙壁形成一定的角度。当机构向下运行时，工人控制开关将气缸升起带动机构沿着圆弧导轨向上调整姿态，此时抹灰板与墙壁的角度变小甚至平行。在抹灰同时压紧机构会将抹灰板贴紧墙壁以防灰料流失。这样就达到了抹灰的效果[13]。

2 气动系统设计

从气源出来共有3条支路，分别是小气缸、气动马达和三级气缸的供气。两个气缸的进气路分别设有单向阀以防气缸在运行过程中泄压导致错误动作。在所有进气路与排气路都设有调速阀用以调节气缸或者气动马达的运行速度。在3条支路都分别设有不同压力值的溢流阀，压力值的大小取决于气缸或者气动马达可以承受的最大压力值。气动系统方案设计如图5所示。

图5 气动系统方案

3 结束语

本设计装置中，针对现有抹灰装置存在的缺陷问题进行结构上的设计与优化，从抹灰装置的基本动作出发，研究如何使装置在运行过程中可实现自动连续送料及抹灰的上下连续动作的需求，提出实用的可行性方案。利用SolidWorks 软件作三维设计，总体方案中的移动底座、升降机构、输送机构和执行机构的组合安装，结合气动系统的驱动很好的实现了节约抹灰时间，提升抹灰质量和抹灰效率的目的。