自动抹灰机装置设计书自动抹灰机装置设计书 1 1 抹灰机发展概论 1 1 1 抹灰机发展现状 抹灰机械作为建筑机械的一种 在上世纪中期随着房地产的兴起而崛起的 在上世纪 末的发展步伐较快 目前西方的发展较为迅速 在取得的一些研究成果中 其中又以美国 和日本在这方面的研究工作处于较高的水平 而中国在这一方处于刚起步发展的水平 还 有相当大的市场与发展空间 因为我国建筑业各种工程特别是民用工程的建筑需要大量抹 灰 因此抹灰施工一直在建筑装饰工程中处于重要地位 随着绿色建筑概念的兴起 人们 越来越追求舒适和自然 内外墙以涂料为主的环保型砖石已经成为了主流 为机械抹灰带 来了新契机 尽管现在建筑施工中使用不少自动化设备 但大部分是用于室外作业和地面 屋面修 整 用于建筑物墙内面抹灰的还很少见 在 1987 年 Abraham Warszawski 提出开发内 墙面抹灰施工机械设备的必要性 1991 年 Warszawski 曾对建筑物内墙面抹平机器人作 可行性进行了分析 随后又在 1994 年提出的内墙面抹平机器人样机 TAMIR Technion Autonomous Multi purposeInterior robot 能够完成抹灰 砌砖和贴瓷砖三种任务 而 我国关于建筑物内墙壁抹灰的研究起步晚 在上世纪八十年代以后 随着房屋建筑商品化 的发展 缩短施工周期 提高投资效益已成为房屋建筑的中心环节 因此 对加快饰面机 械 抹灰机的研制提出了迫切的要求 国外对抹灰机研究成果也有一些 如加拿大 美国 英国等 有的采用砂浆喷射方式进行抹灰 有的也是采用液压或气动方式进行升降 行走 等运动 当然 这其中也不乏有较为优秀的产品产生 其中比较著名的是慕尼黑技术大学 Tomas Bock 教授研制的模块化的内墙壁作业设备 目前 市场上销售的抹灰机械一般由两部分组成 一部分是抹灰机 另一部分配 套设备 国内抹灰机械的研制主要集中在抹灰机部分 其配套设备已有现成其配套设备已 有现成产品可供选择 通过对国内近十年公布的有关抹灰机的专利分析 我国抹灰机的研制现状可归纳为 以下几个方面 根据执行机构和抹灰装置的操纵方式 抹灰机一般可分为两种 一类是手持式抹灰机 其特点是抹灰装置没有固定安装在抹灰机器上工作时工人用 手掌控抹灰装置 抹灰装置沿墙壁高度方向上 下移动 沿墙宽度方向左 右移动 抹灰装置与墙壁厚度方向的相对距离都完全凭操作工人手工掌控 另一类是机械式抹灰机 这类机器的特点是将抹灰装置安装在机器的立柱或门架上 而立柱或门架则固定在底盘上 整台机器形成一个刚性整体 抹灰装置借助于升降架可在 立柱或门架上上下移动 通过在使用中发现以上的设计存在许多的缺点 采用手持式抹灰机存在的主要问题 是劳动强度仍然较大 不能起到减轻工人劳动强度的作用 且抹灰质量难以控制 为解 决上述问题大都采用机械式抹灰机 但是现有的抹灰机存在平整度和表面光泽度达不到国 家规定要求的问题 尤其是相邻两个刚抹出灰面不在同一个平面上 机械传动采用的液压 传动易产生脉动现象 抹灰质量难以控制 同样 会出现平整度和表面光泽度达不到国家 规定要求的问题 1 1 2 抹灰机发展趋势 1 精度不断提高 随着工程建设中混凝土的大规模使用 高效率型 现代社会发展高效快速 抹灰机的 发展更应该提高效率和质量 对抹灰机的品质要求越来越高 抹灰墙体种类需求越来越多 对抹灰精度要求也越来越高 传感器和专用电脑技术的采用使得人们的要求得以实现 同 时也推动了搅拌设备计量方式的发展 2 智能化控制 发展全自动抹灰机 实现更高的智能化是当今机械行业发展的趋势 智能化控制的抹 灰机也将会是未来发展的主要产品 人机舒适性 做更适合操作的抹灰机 更加注重自动 化 3 节能环保是永恒的主题 随着人们节能 环保意识的增强 发展绿色节能环保型抹灰机是今后发展的方向 运 用高科技手段解决这方面的问题仍然是任重道远 倡导国家绿色发展的号召 未来的抹 灰机应更加注重能源的节省 要求抹灰机的新产品必须是节能型 4 符合国家生产规 一般抹灰的允许偏差和检验方法详见表 1 1 表 1 1 一般抹灰的允许偏差和检验方法 允许偏差 mm 项次项目 普通抹灰高级抹灰 检 验 方 法 1 立面垂直度 43 用 2m 垂直检测尺检查 2 表面平整度 43 用 2m 靠尺和塞尺检查 3 阴阳角方正 43 用直角检测尺检查 4 分格条 缝 直线度 43 拉 5m 线 不足 5m 拉通线 用钢 直尺检查 5 墙裙 勒脚上 口直线度 43 用 5m 线 不足 5m 拉通线 用钢 直尺检查 1 1 3 课题研究背景和意义 在建筑工程中 墙面抹灰是一项必不可少的工序 在建筑工程中就工期而言 装修工 程要占总工期的三分之二 就劳力而言则占总量的 35 而抹灰工程一项就占人工总数的 15 26 在我国长期以来装修落后于主体工程形成拖后腿的局面 拖延了工期 原因在于手 工操作 效率不高 一般砖混结构中砖墙面抹灰每 100 平方米需抹灰工 4 75 个 而抹灰机 的使用则是一个时效性抹灰工具 抹灰机的工作效率是人工抹灰的十倍 并且能够避免传 统抹灰作业中的墙面找平 贴饼 补空填平 刮去多余部分 回收落地会 搭架子 苦脏 累等诸多不利因素 这是建筑机械领域的一次革命 结束了千百年来人工抹灰的历史 减 少了劳动强度 降低了成本 增加了效益 提高了建筑行业的自动化程度 同时也取得了 更大的经济和社会效益 1 缓解建筑市场用工荒 目前 国内建筑市场上已经出现了用工荒 随着国人整 体受教育程度的提高 建筑施工工人 特别是熟练工呈现不断减少的趋势 一方面 年龄 稍大的熟练工人随着体力的下降逐渐退出砂浆施工工作 另一方面 生活相对优越的新一 代建筑工人不再愿意进入劳动强度大 工作环境恶劣的人工抹灰施工领域 因此 技术工 人越来越少 施工质量相应越来越差 明显的和现代建筑高质量的施工要求不相符 机械 化施工的出现 降低了劳动强度 改善了施工环境 使抹灰施工相对于其他的建筑施工工 种相对优越 能够吸引更多的高素质劳动力介入抹灰施工工作 有利于技术工人队伍的整 体素质提高 2 缩短工期 提高效率 以抹灰施工为例 根据 上海市建筑工程综合预算定额 每平方米施工需要 0 226 个人工 即人均抹灰 35 平方米 天 8 小时工作制 以 6 个大工 4 个小工为例 单个工作日施工效率为 35 x 6 210 平方米 工作日 同样 的工程 如果机械化施工来算 根据 25 升 分钟来算 即每小时 1 5 立方米的排量 若 抹灰厚度 1 5 公分 连续喷涂率 80 两人放料 两人喷涂 6 人抹平收光 机械化施工 的日工作效率为 1 5 0 015 8 80 640 平方米 工作日 简单的计算 机械化 施工的工作效率至少是人工施工的 倍以上 施工效率的提高不仅带来了经济效益 而且 大大缩短了建筑工期 3 节约费用 降低成本 一是节约建筑机械费用 现在建筑施工用的灰浆和砂浆 的输送主要靠手推车 吊机 据统计 一般 4000 平方米左右的宿舍楼 使用机械喷涂抹 灰 约可节省一台井子架和卷扬机 由于机械占用时间短 周转快 能节约上万元机械费 用 二是减少浪费 根据实际施工经验 在运送灰浆的过程中 落地灰至少在 5 以上 三是减少水泥用量 机械喷顶时 可省去一层素水泥浆 一般宿舍楼每平方米约需 千克 水泥 一幢 9000 平方米的住宅楼 约可省用 27 吨水泥 四是简化施工工序 对加气混凝 土墙可直接喷灰 省去以往采用的外挂钢丝网和一道 DG 胶 机械化施工砂浆一般不需要 基层洇水 省掉一道工序 节约用水 4 提高建筑质量 机械化施工操作性能好 使用时可靠性高 落地灰少 喷涂时 布料均匀 喷涂的压力一般在 0 5Mpa 以上 压力大 附着力强 粘接牢固 没有空鼓 裂缝与脱皮现象 密合度高 不易于脱落 5 满足特殊施工需求 随着现代建筑技术的高速发展 人工施工已经不能完成很多 的诸如灌注 修复等的施工要求 使用机械化施工则可以简单实现 1 2 本课题的主要设计任务及参数 鉴于国内的抹灰机市场情况 此课题决定研发一中新型的高效抹灰机 首先解决的是 市面上普通抹灰机的粗糙漏浆问题 解决墙顶缝隙处难涂抹的问题 使整个过程实现自动 化 考虑经济成本问题 以及施工地点的恶劣环境采用简单机械联动装置代替繁琐的自动 化控制系统 本课题设计的抹灰机原始技术参数为 1 抹灰的厚度 30 0mm 2 抹墙的最高高度 4 0m 3 单次抹墙最大宽度 0 8m 4 装载水泥料斗的提升速度 不小于 6 0 米 分钟 装载水泥料斗的下降速度 不 小于 6 0 米 分钟 本文主要是抹灰装置的设计 具体设计任务 1 抹灰机机械传动总体的结构设计 2 完成抹灰机抹灰装置的机械结构设计 主要包括 料斗机构 抹板机构 3 对抹灰装置进行受力分析和强度校核 2 抹灰机构方案和结构设计 2 1 抹灰机构整体设计 根据实际施工情况 抹灰机的设计应满足如下技术要求 整体结构简单易操作 能够 抹灰到墙面顶部 保持垂直度和平面度 为满足整体设计要求 对于抹灰机进行整体构 思 最终得到的如下的抹灰机构方案 整个抹灰机构由内外撑杆 连杆 抹灰板 底架 料斗 气体弹簧组成 当料斗装满水泥灰时 内撑杆在气体弹簧的支撑下支撑料斗达到预 定位置 并能够支撑起箱体保持位置不变 同时箱体带动内外撑杆向上运动 外撑杆通过 连杆拉动抹灰板转动实现连动过程 达到与墙面成 30 的位置 实现抹灰的上行过程 完成抹灰的上行过程 当整个箱体到达最高位置时 料斗到达最高处顶连架 受压向下运 动 同时撑杆受到箱体压力绕杆的中心下移 同时外撑杆的一端沿滑道朝前运动 通过连 杆带动抹灰版转动 当箱体到达最低位置时 抹灰板处于与墙体成 2 的位置 在料斗受 压向下运动的过程中 气弹簧受压收缩并转动 当达到最低位置时 压过气弹簧死点位置 实现自身的锁止 完成顶部抹灰过程 通过整体朝下移动 抹灰板与墙面压紧 在下行过 程中 达到抹平整个墙面的效果 抹灰装置的三维效果示意图如图 2 1 抹灰装置的结构 示意如图 2 2 a 撑起状态 b 下降状态 图 2 1 抹灰装置的三维效果示意图 1 底架 2 抹灰板 3 箱体 4 支撑杆 5 连杆 6 气弹簧 图 2 2 抹灰机构整体结构图 2 2 抹灰机料斗设计 目前市面上的抹灰机存在盛灰量不足的问题 这就造成了在施工过程中需要工人二次 上灰的操作 浪费了人力 造成了操作不变 不能很好地体现机械施工的方便性 为此增 加了料斗的整体设计 料斗外形的选择 目前大多数抹灰机的料斗为翻转式 翻转式料斗 的最大问题就是翻转过程中稳定性不够 易发生晃动 为此选择使料斗能够垂直升降的得 方案 这大大增加了抹灰料斗升降的稳定性 在料斗的下部选择用左右各一根角钢焊接成 支架 同时料斗的最后端有铰接孔 在两边的角钢安装有滑道 按照实际施工情况 抹灰高度最高为 4 0m 抹灰厚度 30 0mm 水泥灰密度为 2000 0kg m 计算料斗的体积 3 4 0 03 0 080 096Vm 本课题设计的料斗的长度为 800 0mm 宽度为 500 0mm 高度为 400 0mm 实际施工 过程中 为使灰料能够靠重力下降 经过实际的实验验证当料斗内底板最低需要与水平面 呈 27 料斗内的水泥灰可以在重力的作用下下降 经过计算 3 100400 500 20 12 s Vm S VV 因此尺寸符合设计要求 料斗结构示意图如图 2 3 1 料斗 2 料斗架 图 2 3 料斗装置图 2 3 支撑杆设计 为了实现料斗上下升降的运动过程 本课题选择了内外支撑杆剪叉式升降的结构形式 起升后有较高的稳性 较高的承载能力 作业效率更高 更安全 支撑杆结构图如图 2 4 支撑杆分为内支撑杆和外支撑杆 内外支撑杆在中心处通过销轴连接 内外支撑杆是 主要的承重机构 也是料斗升降的主要动作机构 内支撑杆的一端与底架铰接 另一端在 与料斗角钢支架上的滑道通过滑块相连接 外支撑杆一端与料斗后端的铰