智能墻體抹灰機(jī)研究

劉維忠，謝守勇，王靖

（1重慶建工集團(tuán)總工辦 重慶 401122 2西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 重慶 400716）

1 引言

隨著建筑商品化的發(fā)展，加快施工進(jìn)度，縮短工程周期，提高投資效益，已成為建筑商品化的中心環(huán)節(jié)。在建筑施工中，建筑墻體抹灰工程不僅工程量大，占用勞動(dòng)力多，而且機(jī)械化程度最低，嚴(yán)重影響了工程工期。為降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省工期，智能墻體抹灰機(jī)械在建筑業(yè)存在極大的需求空間。目前市場上已有一些墻體抹灰機(jī)械，但不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抹灰、找平等功能，存在著大量的問題，為此對墻體智能抹灰機(jī)械進(jìn)行研究很有必要。

2 墻體抹灰機(jī)械的現(xiàn)狀及存在問題

2.1 墻體抹灰機(jī)械的研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)對墻體抹灰機(jī)械研究較多，而且有一些產(chǎn)品。這些產(chǎn)品中有采用液壓調(diào)整裝置，對升降和抹灰力度進(jìn)行調(diào)整的[1]；也有采用氣動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)抹灰機(jī)升降的[2]；還有采用遙控方式對抹灰機(jī)的行走、升降等進(jìn)行控制的[3]。國外對抹灰機(jī)研究成果也有一些，如加拿大、美國、英國等，有的采用砂漿噴射方式進(jìn)行抹灰，有的也是采用液壓或氣動(dòng)方式進(jìn)行升降、行走等運(yùn)動(dòng)。

2.2 墻體抹灰機(jī)械存在的問題

縱觀國內(nèi)外抹灰機(jī)研究現(xiàn)狀，目前抹灰機(jī)存在如下一些問題:

（1）大面積抹灰適用，局部抹灰欠缺

目前的抹灰機(jī)對廠房大面積抹灰比較適用，比人工抹灰速度快10多倍，可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作成效。但是，對于一些細(xì)部，如陰角、陽角、墻裙等由于機(jī)構(gòu)原因，很難進(jìn)行抹灰，因此這些部位還需要人工進(jìn)行補(bǔ)灰，有的還得需要搭設(shè)腳手架等工序，造成生產(chǎn)效率降低。

（2）前后次抹灰銜接處理不足

現(xiàn)在的抹灰機(jī)在進(jìn)行墻面抹灰時(shí)，是分次平移進(jìn)行，即前一次上下抹灰完成，再左右平移一定距離進(jìn)行下一次上下抹灰，在兩次抹灰交替處會(huì)出現(xiàn)抹灰間隙和抹灰重疊現(xiàn)象，目前采用人工補(bǔ)抹方式進(jìn)行處理，降低了勞動(dòng)效率。

（3）機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式問題

目前，抹灰機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)方式上普遍采用液壓和氣動(dòng)方式，液壓傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求加工精度較高，體積較大，而且在使用過程中，對環(huán)境要求較嚴(yán)，維護(hù)工作量較大，氣動(dòng)方式附屬設(shè)備較多，因此給抹灰機(jī)的推廣使用帶來了一定的困難和限制。

（4）機(jī)械行走控制方式問題

抹灰機(jī)的行走是一個(gè)非常關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)，直接關(guān)系到抹灰的質(zhì)量和效率，但是在現(xiàn)有的一些抹灰機(jī)中，其行走采用軌道式和人工推移方式。軌道式移動(dòng)，需要安裝軌道，造成額外的輔助工作量；人工推移方式不能很好地保證抹灰機(jī)行走的直線性，對抹灰質(zhì)量中的平整性具有較大影響，這也是造成抹灰機(jī)不能很好推廣的原因之一。

3 智能墻體抹灰機(jī)研究

3.1 智能墻體抹灰機(jī)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

通過工程調(diào)研發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)建筑墻面的智能抹灰，抹灰機(jī)設(shè)計(jì)必須科學(xué)合理、運(yùn)作高效，所設(shè)計(jì)出來的智能抹灰機(jī)械必須實(shí)現(xiàn)以下功能:可自動(dòng)上灰、自動(dòng)升降、厚薄可調(diào)，使操作后的墻面垂直度、平整度、光潔度均可達(dá)施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。抹灰機(jī)要節(jié)約勞動(dòng)力、提高效率，必須克服傳統(tǒng)抹灰作業(yè)墻面找平、貼餅、補(bǔ)空、填平、刮去多余部分、回收落地灰、搭架子、苦臟累等不利因素的影響。為提高工效，節(jié)約勞動(dòng)力，抹灰機(jī)不僅要體積小、重量輕，還要便于操作、使用安全，拆裝方便。只有做到省力、省工、省料，施工質(zhì)量好且投資少，抹灰機(jī)才適合在建筑業(yè)推廣使用。

3.2 墻體智能抹灰的研究

要實(shí)現(xiàn)墻體智能抹灰的目標(biāo)，必須對抹灰機(jī)械的抹灰機(jī)構(gòu)、進(jìn)料裝置、行走裝置、控制系統(tǒng)等進(jìn)行研究[4]。

（1）抹灰機(jī)構(gòu)研究

抹灰機(jī)就是將水泥砂漿經(jīng)過一定的壓力涂抹在墻上，其中大面積抹灰比較容易實(shí)現(xiàn)，對于一些特殊部位，如陰角、陽角以及墻裙等部位采用機(jī)械抹灰實(shí)現(xiàn)起來較為困難。因此需要對抹灰機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，旨在研究出一種能夠滿足多種部位抹灰需要的功能。本項(xiàng)目研究具體就是將原來平板式的抹灰板設(shè)計(jì)成自由組合式、帶有伸縮功能的抹灰機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)陽角、陰角以及墻裙抹灰。

（2）抹灰厚度和平整檢測研究

抹灰厚度關(guān)系到抹灰質(zhì)量，因此本項(xiàng)目研究針對抹灰厚度可調(diào)性進(jìn)行研究，對抹灰時(shí)的正壓力進(jìn)行在線調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)抹灰厚度的調(diào)整和增加水泥砂漿在墻上的附著力。由于抹灰厚度對抹灰層的平整性具有一定的作用，因此在抹灰過程中需要對抹灰層的平整性進(jìn)行檢測。本項(xiàng)目在對抹灰層的厚度以及平整性檢測方面均采用無損檢測模式，即利用超聲波檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)厚度檢測和利用機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)平整性檢測，提高檢測速度和檢測精度，以提高抹灰速度和質(zhì)量。

（3）進(jìn)料裝置研究

針對現(xiàn)有抹灰機(jī)進(jìn)料采用一次性進(jìn)料方式，而使得機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)過于笨重的問題，本項(xiàng)目對進(jìn)料裝置進(jìn)行研究，擬采用快速離散進(jìn)料、二次涂抹方式，以降低機(jī)器重量。具體就是采用斗式間歇式提升，將水泥砂漿提升到抹灰裝置，抹灰裝置中的砂漿在兩個(gè)涂抹機(jī)構(gòu)的分次交替作用下，將砂漿涂抹到相應(yīng)的墻面上，并且通過兩次交替涂抹使抹灰層的光潔度和平整性得到提高。

（4）行走裝置研究

根據(jù)抹灰場所環(huán)境條件，進(jìn)行參照物選取，采用傳感器進(jìn)行檢測，確定行走路線，保證行走路線為直線或者特定的曲線。整個(gè)行走裝置采用自行走方式，無需導(dǎo)軌，可以進(jìn)行人工干預(yù)和控制。

（5）控制系統(tǒng)研究

為了實(shí)現(xiàn)本研究項(xiàng)目中的抹灰機(jī)具有一定智能，能夠進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練功能，本項(xiàng)目需對抹灰機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。其控制系統(tǒng)研究分為硬件研究和軟件研究，硬件采用ARM9處理芯片，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理；軟件采用嵌入式控制系統(tǒng)。通過硬件和軟件的有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)對抹灰層厚度檢測、平整度檢測、行走路線確定、以及進(jìn)料、提升、涂抹等功能，做到具有較好的人機(jī)界面和操作簡單方便。

3.3 墻體智能抹灰機(jī)的設(shè)計(jì)

為滿足墻體智能抹灰，按照智能抹灰的目標(biāo)，設(shè)計(jì)了墻體智能抹灰機(jī)（圖1），這款機(jī)械由:灰漿推進(jìn)裝置 、刮板裝置、穩(wěn)定裝置、升降裝置、高度調(diào)節(jié)裝置和支撐加強(qiáng)裝置等六部分組成。其中灰漿推進(jìn)裝置采用了簡單的推進(jìn)方式，即直接將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過鋼絲繩轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)推板運(yùn)動(dòng)將灰漿箱中的灰漿推送至刮板口再由刮板完成抹灰的任務(wù)。而刮板采用了柔性設(shè)計(jì)，這樣利于鋼板自身的柔性自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力，不僅能保證抹灰質(zhì)量，同時(shí)還能使抹灰平面光潔，無需二次處理。通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，從而牽引刮板運(yùn)動(dòng)。在裝置上設(shè)置了螺旋機(jī)構(gòu)并通過步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，不僅滿足了刮板的運(yùn)動(dòng)需要，提高了整體的穩(wěn)定性。同時(shí)在實(shí)際操作中還能在不改變抹灰機(jī)整體位置的前提下，調(diào)節(jié)抹灰厚度。

圖1 智能墻體抹灰機(jī)

4 結(jié)語

本文針對目前抹灰機(jī)存在的問題，進(jìn)行了一種智能的建筑墻面抹灰機(jī)研究，使該機(jī)械不僅具有自動(dòng)實(shí)現(xiàn)抹灰工藝的功能，且在該機(jī)械的設(shè)計(jì)中，擬通過全電子操作實(shí)現(xiàn)機(jī)械的智能化，解決墻壁、墻裙、邊角的抹灰問題，實(shí)現(xiàn)無落地灰、不需腳手架的墻面抹灰，保證抹灰砂漿的物理力學(xué)性能，達(dá)到方便、靈活，提高工作效率，降低綜合成本和操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的最終目的。

[1]薛奎.新型半自動(dòng)多功能抹灰機(jī)[J].建筑機(jī)械化.2002（04）

[2]張金譽(yù).機(jī)械抹灰及施工工藝[J].建筑機(jī)械.1995（02）

[3]楊振宇，鞏傳根，劉芝霞，武愛華.新型抹灰機(jī)的設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械.2008（15）

[4]薛奎，桑吉旺.抹灰機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械.2001(10)