引言

路面切割機(jī)設(shè)備在路面切割方面應(yīng)用廣泛,其可以分為大型切割機(jī)、小型切割機(jī)兩大類。大型切割機(jī)在質(zhì)量及效率上具有優(yōu)勢,效益較高,市場前景較好:而小型切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、攜帶便捷,對場地?zé)o限制要求,具有磨損量小、維修方便等優(yōu)勢。當(dāng)前,社會各界對機(jī)械制造業(yè)的依賴程度呈現(xiàn)不斷上升的狀態(tài),路面切割機(jī)的需求也日益明顯,對其性能和操控性要求越來越高,現(xiàn)有的切割設(shè)備已經(jīng)不能滿足市場需求。

根據(jù)相關(guān)調(diào)查,目前,我國建筑產(chǎn)業(yè)中使用的切割機(jī)設(shè)備種類眾多、數(shù)量龐大,其中路面切割機(jī)的磨損將會影響切割精度,往往需要大量時間進(jìn)行設(shè)備維護(hù)及修理,其使用壽命也將大大縮減。為此,亟需研制一款高精度、環(huán)保節(jié)能的路面切割機(jī)。

針對上述問題,設(shè)計(jì)了一種基于氣壓差傳送的高效環(huán)保路面切割機(jī)。該切割機(jī)是一款集水循環(huán)功能模塊和防揚(yáng)塵模塊于一體的設(shè)備,機(jī)械化、自動化、模塊化程度較高,相對于國內(nèi)外的同類切割機(jī),該設(shè)備的割縫可自行調(diào)節(jié),具有防揚(yáng)塵、切割后的路面無碎石等優(yōu)點(diǎn)。路面切割機(jī)是一種精度要求較高的切割機(jī)械,在切割時,該切割機(jī)切割模塊中的防塵罩和具有良好耐磨性的切割片,不僅保證了切割精度、切割路面的平整性,其精確的信息反饋系統(tǒng)還確保了設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行,進(jìn)而保證了切割的平整、流暢。

1路面切割機(jī)總體方案設(shè)計(jì)

1.1整體方案設(shè)計(jì)

由于市面上切割機(jī)的價格和結(jié)構(gòu)有所不同,各切割機(jī)的廠家硬件體系也互不兼容,其拆裝過程時間各有所異,為了減少不必要的時間浪費(fèi),更快進(jìn)行改裝、焊接并進(jìn)行控制裝置的安裝,考慮到實(shí)際設(shè)計(jì)的需求和成本,將整體方案拆成多個部分。路面切割機(jī)的整體方案設(shè)計(jì)如圖1所示,包括切割機(jī)構(gòu)模塊、水循環(huán)功能模塊、粉末化模塊、儲能功能模塊、防揚(yáng)塵模塊等,該方案優(yōu)化了整體功能,拆分部件更加便捷,零部件替換更加快捷。

該設(shè)計(jì)采用PLC為控制核心,PLC控制器具有結(jié)構(gòu)合理、讀寫速度快、傳輸精度高和控制穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于石化、礦山、農(nóng)業(yè)、電工和機(jī)械制造等領(lǐng)域,因此基于氣壓差傳送的高效環(huán)保路面切割機(jī)采用PLC作為控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。PLC分為輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。在運(yùn)行前,會先運(yùn)行初始化程序,通過上電對各個模塊進(jìn)行初始化,此后會根據(jù)程序流程調(diào)用各個模塊進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行。各個模塊主要由過濾器、傳送帶、粉碎機(jī)、液壓閥、溫濕度傳感器、紅外測距傳感器和儲能電池等部分構(gòu)成。

1.2工作流程設(shè)計(jì)

路面切割機(jī)的工作流程如圖2所示,該裝置采用單片機(jī)為核心進(jìn)行信息處理,當(dāng)設(shè)備開始工作時,程序初始化,單片機(jī)分別對溫濕度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、紅外測距傳感器、水位傳感器、液壓閥進(jìn)行初始值的設(shè)定,并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。啟動自動程序,通過紅外測距傳感器顯示當(dāng)前距離值,該傳感器可以將驅(qū)動集成電路作為一個整體進(jìn)行特定深度的切割,也可以手動調(diào)節(jié)機(jī)械高度,完成切割工作。該設(shè)備可以進(jìn)行寬度調(diào)整,通過液壓閥控制伸縮桿運(yùn)動,到達(dá)設(shè)定的位置。在切割的同時,溫濕度傳感器和空氣質(zhì)量傳感器實(shí)時檢測溫濕度、空氣密度等模擬量,達(dá)到一定值,噴水器和負(fù)壓泵啟動工作,噴水器對旋轉(zhuǎn)的刀片進(jìn)行噴水降溫,噴出的水霧及時被負(fù)壓泵通過曲型水管冷卻回收到水箱,水箱中的水位傳感器檢測出模擬量,將這些模擬量通過傳感器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi),經(jīng)過軟件掃描、識別、執(zhí)行等程序,完成路面切割的工作任務(wù)。

2切割機(jī)各功能模塊

2.1切割機(jī)構(gòu)模塊

當(dāng)切割機(jī)進(jìn)行地面切割時,伸縮簾與地面形成一個密閉空間,切割片切割地面時,刀片和地面摩擦產(chǎn)生大量的熱,并揚(yáng)起大量粉塵,安裝在防塵罩上的多種傳感器[5]可以實(shí)時檢測這些數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)傳遞給PLC控制器。當(dāng)溫度過高時,PLC控制噴頭打開,噴水器對切割刀片進(jìn)行噴淋,降低刀片溫度。該切割機(jī)可以根據(jù)切割范圍來控制伸縮桿進(jìn)行伸縮,在紅外測距模塊不斷反饋下,加大切割深度和寬度,達(dá)到切割效果。切割機(jī)構(gòu)模塊如圖3所示。

1一噴頭:2一溫度傳感器:3一濕度傳感器:4一紅外測距傳感器:5一空氣質(zhì)量傳感器:6一伸縮桿:7一切割片。

圖3 切割機(jī)構(gòu)模塊

2.2水循環(huán)功能模塊

在設(shè)備內(nèi)部設(shè)置有環(huán)狀水循環(huán)結(jié)構(gòu),如圖4所示。在檢測刀片上的熱量和空氣密度后,噴水器噴灑水霧進(jìn)行有效覆蓋,控制灰塵不再揚(yáng)起,以便刀片更好地切割地面。水霧在負(fù)壓條件下會隨著氣流向上升起,慢慢進(jìn)入水循環(huán)結(jié)構(gòu)。水蒸氣和水霧的混合體在曲型水管結(jié)構(gòu)中流動,由于水管材料為鋼結(jié)構(gòu)和鐵結(jié)構(gòu),可對水蒸氣進(jìn)行冷卻液化處理,使水霧聚集,在重力影響下,進(jìn)入過濾器進(jìn)行過濾,慢慢流回儲水池。在水位傳感器作用下,檢測、調(diào)控箱體始終有足夠的水源進(jìn)行噴水,形成一個循環(huán)。該模塊可實(shí)現(xiàn)刀片的降溫、水的回收,具有調(diào)控迅速、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn):且在刀片上設(shè)有一個噴射口,可實(shí)現(xiàn)無人操作,自動進(jìn)行噴灑,達(dá)到高效、干凈、徹底的效果。

1一水位傳感器:2一水箱:3一離心風(fēng)機(jī):4一負(fù)壓系:5一過濾器:6一曲型水管:7一噴水器。

圖4 水循環(huán)功能模塊

2.3粉末化模塊

設(shè)備可以自動調(diào)節(jié)刀片切割范圍,在切割結(jié)束后,會產(chǎn)生大量的碎石塊,在密閉環(huán)境下,如果不能及時清理,會對刀片及外殼產(chǎn)生極大的沖擊力,對刀片和外殼也是一種損傷,于是在刀片后面設(shè)計(jì)粉末化裝置,先是由聚石器將石塊進(jìn)行收集,再經(jīng)傳送帶使碎石由低端進(jìn)入高端,在重力作用下,碎石進(jìn)入濾塵器底端,在螺旋爬升作用下,碎石被運(yùn)輸?shù)缴蠈拥姆鬯闄C(jī),在運(yùn)輸過程中,碎石與濾塵器內(nèi)壁摩擦,進(jìn)行少量的粉碎,最后進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。該結(jié)構(gòu)能有效粉碎大量碎石,切割機(jī)經(jīng)過之后,不再是大量的碎石塊,而是經(jīng)過粉碎機(jī)粉末化的產(chǎn)物,具有更高的利用價值。該模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。

1一粉碎機(jī):2一濾塵器:3一傳送帶:4一聚石器:5一伸縮簾。

圖5 粉末化模塊

2.4儲能功能模塊

由于設(shè)備大部分裝置需要依靠電力運(yùn)作,如遇突發(fā)停電事件和環(huán)境問題,會導(dǎo)致停工問題。因此在設(shè)備上加裝電池儲能系統(tǒng)和太陽能板,在任何環(huán)境下,都可以進(jìn)行有效切割,不會因外界因素造成工作停滯。也可以在閑置時將其放在太陽下面,充分充電,為有效切割提供工作保障。

2.5整體模塊

切割機(jī)整體模塊包括切割機(jī)構(gòu)模塊、水循環(huán)功能模塊、粉末化模塊、儲能功能模塊,各模塊中部分零件均可在市場中購買,該設(shè)備在設(shè)計(jì)時,采用國際標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù),部分零件幾何參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)基本相同,在拆裝時方便更換。與現(xiàn)有零件數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,計(jì)算出該設(shè)備模塊零件的相關(guān)數(shù)據(jù),根據(jù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行三維建模,將得到的各模塊三維模型進(jìn)行裝配,完成整體模型的連接,如圖6所示。

3結(jié)語

本文結(jié)合建筑行業(yè)中路面切割機(jī)同類產(chǎn)品,對現(xiàn)有路面切割機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行研究,采取取長補(bǔ)短的措施,綜合考慮,進(jìn)行改良設(shè)計(jì),研制了一款基于氣壓差傳送的高效環(huán)保路面切割機(jī)。該裝置主要用于路面的切割和開槽,擁有高效、環(huán)保、自動化等特點(diǎn),智能化程度較高,有極高的實(shí)用價值,其市場需求大,市場前景非常廣闊。

圖6 整體模塊

在設(shè)計(jì)方案里,采用模塊化設(shè)計(jì),將整體方案拆成多個部分,綜合運(yùn)用所需要的數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)、原理,對路面切割機(jī)的各個模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),保證運(yùn)動的流暢性:采用柴油機(jī)作為動力源,以傳送帶為中介,保證切割片、粉碎機(jī)、濾塵器、聚石器各機(jī)器運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用,提高了機(jī)器整體效率,加快了工作流程:并參考專業(yè)知識,保證設(shè)計(jì)方案的可行性、真實(shí)性,對路面切割機(jī)的制造具有重要價值。