一种混凝土搅拌机输料管的清理器设计

金洋 杨清林 朱严宽 梅贤惠

摘 要：混凝土搅拌机搅拌完成的混凝土会通过管道输送到指定位置，但是在实际操作过后会导致管道堵塞，从而降低工作效率。为了解决这一问题，首先实地考察管道存在的问题，查阅并了解相关文献和资料，从而制定出管道清理器的基本设计方案。其次运用UG三维设计软件对清理器各个零件进行三维数字化设计，之后进行装配，绘制出整体三维模型。最后设计出了一种结构简单灵活，工作效率高，可靠性高的管道清理器。

关键词：混凝土搅拌机输料管；管道清理器；机械结构；三维数字化设计

中图分类号：TU642 文献标志码：A 文章编号：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

混凝土搅拌机广泛应用于建筑领域，它是把水泥、砂石骨料和水混合并拌制成混凝土混合料的机器，搅拌后的材料通过输料管送到指定位置。但是在现实中会存在一些问题，由于输料管又长又窄，会导致输完料之后会有混凝土残留在内壁，时间久了会造成输料管堵塞，从而降低工作效率，延误工期。通常遇到这种情况工人们会用锤子敲击管道使混凝土震碎，但这样子做容易导致输料管道破裂。国内外暂时还未有专门产品来解决这一问题，所以有必要设计一个产品来解决这一现象。本文结合实际问题设计出一种管道清理器将残余混凝土切碎并排出管外，从而提高工作效率，并且避免管道破裂造成损失。

2 管道清理器整体结构的概述

混凝土攪拌机管道清理器有一根主轴，轴的端部有一个刀盘，刀盘上有个内齿轮，并与一个外齿轮啮合，依靠一个电机来带动外齿轮转动，从而使刀盘转动进行切削，而电机安装在轴上的挡板上。轴的中间的左右端分别有三个机械臂成对称安装，依靠轴上的两个强力弹簧来实现机械臂的张紧。每个机械臂上都有一个轮子，每两个轴向同一母线的轮子间用v带和轴中间的轮子进行连接。通过电机驱动中间轮子转动从而带动机械臂上的轮子转动来实现机器的横向进给。

3 进给机构的详细介绍

近给机构由三组绕轴对称的机构组成，每一组机构都是由电机带动同步带转动，再由同步带带动与其固定的轮子转动从而实现近给。每一个机械臂上的同步带都有两个轮子与其固定，使其受力均匀，从而可以很好的贴合圆形管道。

清理器是依靠中间两个强力弹簧的向外的弹力传输到机械臂上形成一种向外扩张的力，从而提高轮子与管臂之间的摩擦力，避免了在近给过程中出现打滑的现象，同时在一定范围内也可以适应不同管道的直径。

由于带轮子的机械臂会有一定的摆动幅度，并且同步带也是挠性件，多以直接使用一个大的同步带再带动两个小的同步带的结构，会出现机构卡死或者同步带松弛的现象。所以在这里可以在连杆上增加一个支撑臂，支撑臂上有一个小型弹簧，可以防止同步带松弛或者机构卡死，支撑臂的头部有一个定滑轮，同步带运动时滑轮也跟着转动，所以可以保证支撑臂的加入不会降低近给效率，同时支撑臂还可以增加同步带与同步带轮间的接触，从而提高传动精度。

4 切削机构详细介绍与机械臂的有限元分析

切削机构是由电机带动小的外齿轮转动，再由外齿轮带动固定在刀盘上的内齿轮转动，从而带动整个刀盘转动。

刀盘上装有均匀分布的刀片，由回转中刀片形成的切削力与残余混凝土接触，从而实现对混凝土的切削，如图4。

使用UG软件的高级仿真功能对机械臂赋予材料及所受应力来进行有限元分析，从而保证机械臂在工作状态中不会受力变形导致断裂，如图5。

5 电机的选用

清理起一共有四个电机，其中一个电机是带动刀盘回转起切削混凝土的作用，另外三个是通过同步带带动轮子使清理器起进给作用。

5.1 切削作用电机选用

由于此电机起切削作用，所以扭矩一定要大，选择带减速器的电机可以有很大的扭矩，初步确定选用直流带减速器的小型电机，再根据负载功率及要求转速的计算得出电机的功率为10w。所以最后确定电机的选型为直流带减速器电机功率为15w，扭矩为8kg.cm，额定电压为6V。

5.2 起进给作用的电机

由于电机起进给作用，所以对于进给步数有一定的要求，由于步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。再根据零件尺寸要求约束，最后确定选用电机为两相四线接插式20步进电机，机身长为43mm，静力矩为0.02N.M。

参考文献：

[1]韩莹莹，袁茹，郑钰祺.环状可展机构运动学分析方法及应用研究[J].中国机械工程，2013，24（9）.

[2]朱严宽，刘树清.一种薄壁升降机构设计[J].科技创新与应用，2017，19.