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(shì)，效益較高，市場(chǎng)前景較好;而小型切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶便捷，對(duì)場(chǎng)地?zé)o限制要求，具有磨損量小、維修方便等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，社會(huì)各界對(duì)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(duì)其性能和操控性要求越來(lái)越高，現(xiàn)有的切割設(shè)備已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需求。

根據(jù)相關(guān)調(diào)查，目前我國(guó)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(huì)影響切割精度，往往需要大量時(shí)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)是。

針對(duì)上述問(wèn)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(dòng)化、模塊化程度較高，相對(duì)于國(guó)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(wú)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(shí)，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(jià)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(guò)程時(shí)間各有所異，為了減少不必要的時(shí)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(gè)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(chǔ)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[2]為控制核心，PLC控制器具有結(jié)構(gòu)合理、讀寫(xiě)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(huì)先運(yùn)行初始化程序，通過(guò)上電對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，此后會(huì)根據(jù)程序流程調(diào)用各個(gè)模塊進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行。各個(gè)模塊主要由過(guò)濾器、傳送帶、粉碎機(jī)、液壓閥、溫濕度傳感器、紅外測(cè)距傳感器[3]和儲(chǔ)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(kāi)始工作時(shí)，程序[4]初始化，單片機(jī)分別對(duì)溫濕度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、紅外測(cè)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(dòng)自動(dòng)程序，通過(guò)紅外測(cè)距傳感器顯示當(dāng)前距離值，該傳感器可以將驅(qū)動(dòng)集成電路作為一個(gè)整體進(jìn)行特定深度的切割，也可以手動(dòng)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(guò)液壓閥控制伸縮桿運(yùn)動(dòng)，到達(dá)設(shè)定的位置。在切割的同時(shí)，溫濕度傳感器和空氣質(zhì)量傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)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(dòng)工作，噴水器對(duì)旋轉(zhuǎn)的刀片進(jìn)行噴水降溫，噴出的水霧及時(shí)被負(fù)壓泵通過(guò)曲型水管冷卻回收到水箱，水箱中的水位傳感器檢測(cè)出模擬量，將這些模擬量通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)軟件掃描、識(shí)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(shí)，伸縮簾與地面形成一個(gè)密閉空間，切割片切割地面時(shí)，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(shí)檢測(cè)這些數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳遞給PLC控制器。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，PLC控制噴頭打開(kāi)，噴水器對(duì)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(lái)控制伸縮桿進(jìn)行伸縮，在紅外測(cè)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。

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(cè)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(huì)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(dòng)，由于水管材料為鋼結(jié)構(gòu)和鐵結(jié)構(gòu)，可對(duì)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(guò)濾器[6]進(jìn)行過(guò)濾，慢慢流回儲(chǔ)水池。在水位傳感器作用下，檢測(cè)、調(diào)控箱體始終有足夠的水源進(jìn)行噴水[7]，形成一個(gè)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(gè)噴射口，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，自動(dòng)進(jìn)行噴灑，達(dá)到高效、干凈、徹底的效果。

2.3粉末化模塊

設(shè)備可以自動(dòng)調(diào)節(jié)刀片切割范圍，在切割結(jié)束后，會(huì)產(chǎn)生大量的碎石塊，在密閉環(huán)境下，如果不能及時(shí)清理，會(huì)對(duì)刀片及外殼產(chǎn)生極大的沖擊力，對(duì)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)[8]，在運(yùn)輸過(guò)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(guò)之后，不再是大量的碎石塊，而是經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)粉末化的產(chǎn)物，具有更高的利用價(jià)值。該模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2.4儲(chǔ)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(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致停工問(wèn)題。因此在設(shè)備上加裝電池[9]儲(chǔ)能系統(tǒng)和太陽(yáng)能板，在任何環(huán)境下，都可以進(jìn)行有效切割，不會(huì)因外界因素造成工作停滯。也可以在閑置時(shí)將其放在太陽(yáng)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(chǔ)能功能模塊，各模塊中部分零件均可在市場(chǎng)中購(gòu)買(mǎi)，該設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)，采用國(guó)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(shí)方便更換。與現(xiàn)有零件數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，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(yǔ)

本文結(jié)合建筑行業(yè)中路面切割機(jī)同類產(chǎn)品，對(duì)現(xiàn)有路面切割機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行研究，采取取長(zhǎng)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(kāi)槽，擁有高效、環(huán)保、自動(dòng)化等特點(diǎn)，智能化程度較高，有極高的實(shí)用價(jià)值，其市場(chǎng)需求大，市場(chǎng)前景非常廣闊。

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(gè)部分，綜合運(yùn)用所需要的數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)、原理，對(duì)路面切割機(jī)的各個(gè)模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，保證運(yùn)動(dòng)的流暢性;采用柴油機(jī)作為動(dòng)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(shí)，保證設(shè)計(jì)方案的可行性、真實(shí)性，對(duì)路面切割機(jī)的制造具有重要價(jià)值。