基于气压差传送的高效环保路面切割机设计

引言

路面切割机设备在路面切割方面应用广泛,其可以分为大型切割机、小型切割机两大类。大型切割机在质量及效率上具有优势,效益较高,市场前景较好:而小型切割机结构简单、携带便捷,对场地无限制要求,具有磨损量小、维修方便等优势。当前,社会各界对机械制造业的依赖程度呈现不断上升的状态,路面切割机的需求也日益明显,对其性能和操控性要求越来越高,现有的切割设备已经不能满足市场需求。

根据相关调查,目前,我国建筑产业中使用的切割机设备种类众多、数量庞大,其中路面切割机的磨损将会影响切割精度,往往需要大量时间进行设备维护及修理,其使用寿命也将大大缩减。为此,亟需研制一款高精度、环保节能的路面切割机。

针对上述问题,设计了一种基于气压差传送的高效环保路面切割机。该切割机是一款集水循环功能模块和防扬尘模块于一体的设备,机械化、自动化、模块化程度较高,相对于国内外的同类切割机,该设备的割缝可自行调节,具有防扬尘、切割后的路面无碎石等优点。路面切割机是一种精度要求较高的切割机械,在切割时,该切割机切割模块中的防尘罩和具有良好耐磨性的切割片,不仅保证了切割精度、切割路面的平整性,其精确的信息反馈系统还确保了设备平稳运行,进而保证了切割的平整、流畅。

1路面切割机总体方案设计

1.1整体方案设计

由于市面上切割机的价格和结构有所不同,各切割机的厂家硬件体系也互不兼容,其拆装过程时间各有所异,为了减少不必要的时间浪费,更快进行改装、焊接并进行控制装置的安装,考虑到实际设计的需求和成本,将整体方案拆成多个部分。路面切割机的整体方案设计如图1所示,包括切割机构模块、水循环功能模块、粉末化模块、储能功能模块、防扬尘模块等,该方案优化了整体功能,拆分部件更加便捷,零部件替换更加快捷。

该设计采用PLC为控制核心,PLC控制器具有结构合理、读写速度快、传输精度高和控制稳定等优点,广泛应用于石化、矿山、农业、电工和机械制造等领域,因此基于气压差传送的高效环保路面切割机采用PLC作为控制器进行设计。PLC分为输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。在运行前,会先运行初始化程序,通过上电对各个模块进行初始化,此后会根据程序流程调用各个模块进行循环运行。各个模块主要由过滤器、传送带、粉碎机、液压阀、温湿度传感器、红外测距传感器和储能电池等部分构成。

1.2工作流程设计

路面切割机的工作流程如图2所示,该装置采用单片机为核心进行信息处理,当设备开始工作时,程序初始化,单片机分别对温湿度传感器、空气质量传感器、红外测距传感器、水位传感器、液压阀进行初始值的设定,并进行数据传输。启动自动程序,通过红外测距传感器显示当前距离值,该传感器可以将驱动集成电路作为一个整体进行特定深度的切割,也可以手动调节机械高度,完成切割工作。该设备可以进行宽度调整,通过液压阀控制伸缩杆运动,到达设定的位置。在切割的同时,温湿度传感器和空气质量传感器实时检测温湿度、空气密度等模拟量,达到一定值,喷水器和负压泵启动工作,喷水器对旋转的刀片进行喷水降温,喷出的水雾及时被负压泵通过曲型水管冷却回收到水箱,水箱中的水位传感器检测出模拟量,将这些模拟量通过传感器转化为数字量,传输到单片机内,经过软件扫描、识别、执行等程序,完成路面切割的工作任务。

2切割机各功能模块

2.1切割机构模块

当切割机进行地面切割时,伸缩帘与地面形成一个密闭空间,切割片切割地面时,刀片和地面摩擦产生大量的热,并扬起大量粉尘,安装在防尘罩上的多种传感器[5]可以实时检测这些数据,并把数据传递给PLC控制器。当温度过高时,PLC控制喷头打开,喷水器对切割刀片进行喷淋,降低刀片温度。该切割机可以根据切割范围来控制伸缩杆进行伸缩,在红外测距模块不断反馈下,加大切割深度和宽度,达到切割效果。切割机构模块如图3所示。

1一喷头:2一温度传感器:3一湿度传感器:4一红外测距传感器:5一空气质量传感器:6一伸缩杆:7一切割片。

图3 切割机构模块

2.2水循环功能模块

在设备内部设置有环状水循环结构,如图4所示。在检测刀片上的热量和空气密度后,喷水器喷洒水雾进行有效覆盖,控制灰尘不再扬起,以便刀片更好地切割地面。水雾在负压条件下会随着气流向上升起,慢慢进入水循环结构。水蒸气和水雾的混合体在曲型水管结构中流动,由于水管材料为钢结构和铁结构,可对水蒸气进行冷却液化处理,使水雾聚集,在重力影响下,进入过滤器进行过滤,慢慢流回储水池。在水位传感器作用下,检测、调控箱体始终有足够的水源进行喷水,形成一个循环。该模块可实现刀片的降温、水的回收,具有调控迅速、稳定性强的特点:且在刀片上设有一个喷射口,可实现无人操作,自动进行喷洒,达到高效、干净、彻底的效果。

1一水位传感器:2一水箱:3一离心风机:4一负压系:5一过滤器:6一曲型水管:7一喷水器。

图4 水循环功能模块

2.3粉末化模块

设备可以自动调节刀片切割范围,在切割结束后,会产生大量的碎石块,在密闭环境下,如果不能及时清理,会对刀片及外壳产生极大的冲击力,对刀片和外壳也是一种损伤,于是在刀片后面设计粉末化装置,先是由聚石器将石块进行收集,再经传送带使碎石由低端进入高端,在重力作用下,碎石进入滤尘器底端,在螺旋爬升作用下,碎石被运输到上层的粉碎机,在运输过程中,碎石与滤尘器内壁摩擦,进行少量的粉碎,最后进入粉碎机进行粉碎。该结构能有效粉碎大量碎石,切割机经过之后,不再是大量的碎石块,而是经过粉碎机粉末化的产物,具有更高的利用价值。该模块结构如图5所示。

1一粉碎机:2一滤尘器:3一传送带:4一聚石器:5一伸缩帘。

图5 粉末化模块

2.4储能功能模块

由于设备大部分装置需要依靠电力运作,如遇突发停电事件和环境问题,会导致停工问题。因此在设备上加装电池储能系统和太阳能板,在任何环境下,都可以进行有效切割,不会因外界因素造成工作停滞。也可以在闲置时将其放在太阳下面,充分充电,为有效切割提供工作保障。

2.5整体模块

切割机整体模块包括切割机构模块、水循环功能模块、粉末化模块、储能功能模块,各模块中部分零件均可在市场中购买,该设备在设计时,采用国际标准化参数,部分零件几何参数相关数据基本相同,在拆装时方便更换。与现有零件数据进行比对,计算出该设备模块零件的相关数据,根据相关参数进行三维建模,将得到的各模块三维模型进行装配,完成整体模型的连接,如图6所示。

3结语

本文结合建筑行业中路面切割机同类产品,对现有路面切割机产品进行研究,采取取长补短的措施,综合考虑,进行改良设计,研制了一款基于气压差传送的高效环保路面切割机。该装置主要用于路面的切割和开槽,拥有高效、环保、自动化等特点,智能化程度较高,有极高的实用价值,其市场需求大,市场前景非常广阔。

图6 整体模块

在设计方案里,采用模块化设计,将整体方案拆成多个部分,综合运用所需要的数据、结构、原理,对路面切割机的各个模块结构进行了设计,保证运动的流畅性:采用柴油机作为动力源,以传送带为中介,保证切割片、粉碎机、滤尘器、聚石器各机器运行,实现一机多用,提高了机器整体效率,加快了工作流程:并参考专业知识,保证设计方案的可行性、真实性,对路面切割机的制造具有重要价值。