金洋 楊清林 朱嚴寬 梅賢惠

摘 要：混凝土攪拌機攪拌完成的混凝土會通過管道輸送到指定位置，但是在實際操作過后會導致管道堵塞，從而降低工作效率。為了解決這一問題，首先實地考察管道存在的問題，查閱并了解相關(guān)文獻和資料，從而制定出管道清理器的基本設計方案。其次運用UG三維設計軟件對清理器各個零件進行三維數(shù)字化設計，之后進行裝配，繪制出整體三維模型。最后設計出了一種結(jié)構(gòu)簡單靈活，工作效率高，可靠性高的管道清理器。

關(guān)鍵詞：混凝土攪拌機輸料管；管道清理器；機械結(jié)構(gòu)；三維數(shù)字化設計

中圖分類號：TU642 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0105-02

Abstract： The concrete mixed by the concrete mixer will be transported through the pipe to the designated position， but after the actual operation， it will lead to pipe blockage， thus reducing the efficiency. In order to solve this problem， first of all， on-the-spot inspection should be conducted into pipeline problems， access and understand the relevant literature and information， so as to work out the basic design of pipeline cleaner. Secondly， the use of UG three-dimensional design software for each part of the cleaner three-dimensional digital design， and then assembly， draw the overall three-dimensional model. Finally， a pipeline cleaner with simple and flexible structure， high efficiency and reliability is designed.

Keywords： concrete mixer feeding pipe； pipeline cleaner； mechanical structure； three-dimensional digital design

1 研究背景

混凝土攪拌機廣泛應用于建筑領(lǐng)域，它是把水泥、砂石骨料和水混合并拌制成混凝土混合料的機器，攪拌后的材料通過輸料管送到指定位置。但是在現(xiàn)實中會存在一些問題，由于輸料管又長又窄，會導致輸完料之后會有混凝土殘留在內(nèi)壁，時間久了會造成輸料管堵塞，從而降低工作效率，延誤工期。通常遇到這種情況工人們會用錘子敲擊管道使混凝土震碎，但這樣子做容易導致輸料管道破裂。國內(nèi)外暫時還未有專門產(chǎn)品來解決這一問題，所以有必要設計一個產(chǎn)品來解決這一現(xiàn)象。本文結(jié)合實際問題設計出一種管道清理器將殘余混凝土切碎并排出管外，從而提高工作效率，并且避免管道破裂造成損失。

2 管道清理器整體結(jié)構(gòu)的概述

混凝土攪拌機管道清理器有一根主軸，軸的端部有一個刀盤，刀盤上有個內(nèi)齒輪，并與一個外齒輪嚙合，依靠一個電機來帶動外齒輪轉(zhuǎn)動，從而使刀盤轉(zhuǎn)動進行切削，而電機安裝在軸上的擋板上。軸的中間的左右端分別有三個機械臂成對稱安裝，依靠軸上的兩個強力彈簧來實現(xiàn)機械臂的張緊。每個機械臂上都有一個輪子，每兩個軸向同一母線的輪子間用v帶和軸中間的輪子進行連接。通過電機驅(qū)動中間輪子轉(zhuǎn)動從而帶動機械臂上的輪子轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)機器的橫向進給。

3 進給機構(gòu)的詳細介紹

近給機構(gòu)由三組繞軸對稱的機構(gòu)組成，每一組機構(gòu)都是由電機帶動同步帶轉(zhuǎn)動，再由同步帶帶動與其固定的輪子轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)近給。每一個機械臂上的同步帶都有兩個輪子與其固定，使其受力均勻，從而可以很好的貼合圓形管道。

清理器是依靠中間兩個強力彈簧的向外的彈力傳輸?shù)綑C械臂上形成一種向外擴張的力，從而提高輪子與管臂之間的摩擦力，避免了在近給過程中出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，同時在一定范圍內(nèi)也可以適應不同管道的直徑。

由于帶輪子的機械臂會有一定的擺動幅度，并且同步帶也是撓性件，多以直接使用一個大的同步帶再帶動兩個小的同步帶的結(jié)構(gòu)，會出現(xiàn)機構(gòu)卡死或者同步帶松弛的現(xiàn)象。所以在這里可以在連桿上增加一個支撐臂，支撐臂上有一個小型彈簧，可以防止同步帶松弛或者機構(gòu)卡死，支撐臂的頭部有一個定滑輪，同步帶運動時滑輪也跟著轉(zhuǎn)動，所以可以保證支撐臂的加入不會降低近給效率，同時支撐臂還可以增加同步帶與同步帶輪間的接觸，從而提高傳動精度。

4 切削機構(gòu)詳細介紹與機械臂的有限元分析

切削機構(gòu)是由電機帶動小的外齒輪轉(zhuǎn)動，再由外齒輪帶動固定在刀盤上的內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動整個刀盤轉(zhuǎn)動。

刀盤上裝有均勻分布的刀片，由回轉(zhuǎn)中刀片形成的切削力與殘余混凝土接觸，從而實現(xiàn)對混凝土的切削，如圖4。

使用UG軟件的高級仿真功能對機械臂賦予材料及所受應力來進行有限元分析，從而保證機械臂在工作狀態(tài)中不會受力變形導致斷裂，如圖5。

5 電機的選用

清理起一共有四個電機，其中一個電機是帶動刀盤回轉(zhuǎn)起切削混凝土的作用，另外三個是通過同步帶帶動輪子使清理器起進給作用。

5.1 切削作用電機選用

由于此電機起切削作用，所以扭矩一定要大，選擇帶減速器的電機可以有很大的扭矩，初步確定選用直流帶減速器的小型電機，再根據(jù)負載功率及要求轉(zhuǎn)速的計算得出電機的功率為10w。所以最后確定電機的選型為直流帶減速器電機功率為15w，扭矩為8kg.cm，額定電壓為6V。

5.2 起進給作用的電機

由于電機起進給作用，所以對于進給步數(shù)有一定的要求，由于步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。再根據(jù)零件尺寸要求約束，最后確定選用電機為兩相四線接插式20步進電機，機身長為43mm，靜力矩為0.02N.M。

參考文獻：

[1]韓瑩瑩，袁茹，鄭鈺祺.環(huán)狀可展機構(gòu)運動學分析方法及應用研究[J].中國機械工程，2013，24（9）.

[2]朱嚴寬，劉樹清.一種薄壁升降機構(gòu)設計[J].科技創(chuàng)新與應用，2017，19.