基于混凝土浇筑的双关节布料机器人的设计与研究

2022-05-25李贵麒张强

中国设备工程 2022年10期

李贵麒，张强

（广西理工职业技术学院，广西崇左 532200）

1 基于混凝土浇筑的双关节布料机器人的设计背景及研究内容

1.1 设计背景

装配式混凝土建筑的突出特征是工厂化生产，大部分是在构件厂将预制混凝土构件生产出来，当然如果条件允许的话，也可以在现场生产，又称游牧式生产。该生产方式所生产出来的构件，具有标准化程度低、自动化程度低等特点，需要较大的生产成本，但是生产效率却不高，不利于装配式建筑的推广与应用。而基于混凝土浇筑的双关节布料机器人是根据游牧式建筑墙板浇筑而特意设计的，主要由三大部件组成，分别是极轴支承系统、可旋转主梁、双关节布料管。该机器人的主要功能体现在三个方面：（1）受力比较均衡，可以确保主梁转动的稳定性。（2）可以支撑极轴输送管与布料管，而且可以围绕极轴平稳的转动。（3）借助旋转接头与混凝土输送管将极轴输送管连接起来，并且可以实现绕极轴转动，再借助布料管旋转接头与极轴输送管将布料管连接起来，可以绕着布料管旋转接头转动，对布料管驱动电机与主梁驱动电机进行有效控制，可以将布料管预设于平面的任意点上。通过查阅相关文献报道资源，截止到目前为止，还没有一种既具备作业智能化、现场无人化等优点，又适合装配式建筑混凝土预制构件生产的混凝土浇筑的双关节布料机器人。

1.2 研究内容

研究内容主要是提供一种具有作业智能化、现场无人化的用于混凝土浇筑的双关节布料机器人。本次研究内容是研究一种用于混凝土浇筑的双关节布料机器人，由支架、主梁、管架、支承柱、主梁驱动电机、混凝土输送管等组成。该机器人的主要特征是：在支承管的下部安装支架，采用焊接连接，支架安放在地上，支承起整个双关节布料机器人；在支承管的顶部安装主梁，采用轴承连接，主梁可以绕支承管转动；在支承管上部右侧的电机安装座上安装主梁驱动电机，采用螺栓连接，在主梁驱动电机的轴端上安装主动齿轮，与主梁上的齿轮传动组件啮合，驱动主梁绕支承管转动；在固定于主梁上的支承轴承外壳上安装齿轮传动组件，采用螺栓连接；在主梁的支承处中央安装旋转管接头，旋转管接头的旋转端固定于主梁上，采用螺栓连接；旋转管接头的旋转端与水平输送管采用螺纹连接，旋转管接头的固定端与混凝土输送管采用螺纹连接；混凝土输送管垂直部分穿过支承管，并固定在支承管内部；在主梁的伸出端上安装旋转管接头，采用螺栓连接；旋转管接头的固定端与水平输送管采用螺纹连接，旋转管接头的旋转端与布料管采用螺纹连接，布料管可以绕旋转管接头转动；水平输送管固定在主梁上的管架上；在布料管上安装皮带传动组件，与布料管驱动电机轴端上的主动皮带轮配合，驱动布料管绕旋转管接头转动；在支承管上部左侧的电机安装座上安装布料管驱动电机，采用螺栓连接；在主梁的中部安装皮带张紧轮，调节皮带传动的松紧；在主梁的前端安装管架，采用焊接连接；在主梁的后端安装支承柱，采用焊接连接；采用钢丝绳连接主梁、支承柱、管架，增强主梁的受力；在主梁的末端上安装配重，保持主梁的受力平衡。

从以上内容可知，双关节布料管是由水平输送管、旋转管接头、布料管等组成，连接水平输送管的右端与旋转管接头的旋转端，连接输送管与旋转管接头的固定端，使得水平输送管可以围绕混凝土输送管转动。连接水平输送管的左端与旋转管接头的固定端，连接布料管与旋转管接头的旋转端，促使布料管可以围绕主梁的旋转接头转动。合理把控好布料管驱动电机与主梁驱动电机，布料管可以在预设平面内的任意点上布料。

该机器人的功能及使用说明：用混凝土泵车将商品混凝土送入混凝土输送管，由支架、支承管组成机器人支承系统，它具有受力均衡，可支持主梁平稳转动；由主梁、管架、支承柱、钢丝绳、配重、齿轮传动组件、主梁驱动电机组成了可旋转主梁，它具有支承水平输送管和布料管的功能，并能平稳地绕支承管转动；由布料管、旋转接头、水平输送管、混凝土输送管组成了双关节布料管，其中水平输送管的右端与旋转管接头的旋转端连接，混凝土输送管与旋转管接头的固定端连接，水平输送管绕垂直的混凝土输送管转动；水平输送管的左端与旋转管接头的固定端连接，布料管与旋转管接头的旋转端连接，布料管绕主梁伸出端的旋转管接头转动；控制布料管驱动电机和主梁驱动电机，布料管可以在预设平面内的任意点上布料。该机器人的优点主要有：第一，操作自动化。该机器人运用智能化编程系统，能够实现自动化操作。第二，现场无人化。该机器人适用于装配式建筑板式混凝土预制构件生产，能够在现场无人的情况下实现自动化操作。第三，便于迁徙。该机器人的结构简单，体量小而轻，拆装起来比较方便，便于迁徙。

1.3 用于混凝土浇筑的双关节布料机器人的结构示意图

如图1所示，一种用于混凝土浇筑的双关节布料机器人,由支架1、布料管2、布料管驱动电机3、皮带张紧轮4、皮带传动组件5、主梁6、旋转管接头7、极轴输送管8、管架9、支承柱10、钢丝绳11、配重12、齿轮传动组件13、主梁驱动电机14、支承管15、混凝土输送管16组成。

图1

2 一种下管固定上管旋转的上流向商品砼管接头设计与研究

2.1 背景技术

用于混凝土浇筑的双关节布料机器人是针对游牧式装配式建筑墙板类PC构件浇筑而专门设计的，它由极轴支承系统、可旋转主梁、双关节布料管三大部件组成。（1）受力比较均衡，可以确保主梁转动的稳定性。（2）可以支撑极轴输送管与布料管，而且可以围绕极轴平稳的转动。（3）借助旋转接头与混凝土输送管将极轴输送管连接起来，并且可以实现绕极轴转动，再借助布料管旋转接头与极轴输送管将布料管连接起来，可以绕着布料管旋转接头转动，对布料管驱动电机与主梁驱动电机进行有效控制，可以将布料管预设于平面的任意点上。该机器人的主要部件是双关节布料管的旋转接头，具体指的是一种上管固定下管旋转的下流向商品砼管接头。查阅相关文献，可知一些文献中报道了有关装配式建筑领域混凝土一支构建的工装设备，但是还没有关于下管固定上管旋转的上流向商品砼管接头。

2.2 研究内容

本次研究内容是提供一种密封可靠、旋转自如、结构简单的下管固定上管旋转的上流向商品砼管接头。一种下管固定上管旋转的上流向商品砼管接头,由固定管、轴承座、轴承、轴承挡圈、旋转管、填料等组成。该接头的特征主要有：在旋转管的轴承位上安装轴承的内圈，在旋转管的挡圈槽内安装轴承挡圈，在轴承座的油封槽内安放轴承座油封，然后将轴承的外圈压入轴承座内；轴承盖安装在轴承座的上端面上，采用螺栓连接，在轴承盖与轴承座的上端面之间安放垫片，在轴承盖的油封槽内安放轴承盖油封；将固定管插入旋转管内，与旋转管上部的止口接触；在旋转管与固定管之间的填料函内装填填料；在轴承座的下端面上安装填料压盖，采用螺栓连接，利用螺栓的压紧力使填料压盖的凸台压紧填料；轴承座的法兰安装在双关节布料机器人的主梁旋转端上，采用螺栓连接；旋转管与固定在双关节布料机器人主梁上的商品砼输送管连接，采用卡箍接管器连接；固定管与商品砼输送管连接，采用卡箍接管器连接。一种下管固定上管旋转的上流向商品砼管接头有以下功能：（1）旋转管绕主梁旋转端的固定管自如转动；（2）在旋转管与固定管之间的填料函内装填填料，阻止了商品砼泥浆从旋转管与固定管之间缝隙的泄漏；（3）在轴承盖与轴承座的上端面之间安放垫片，在轴承盖和轴承座的油封槽内安装油封，阻止了轴承内的润滑酯的泄漏；第四，将固定管插入旋转管内，并与旋转管上部的止口接触，增大了商品砼泥浆流入旋转管与固定管之间缝隙的阻力。

具体安装步骤：在旋转管的轴承位上安装锥形滚子轴承的内圈，将旋转管安放在轴承座内，然后将锥形滚子轴承的外圈压入轴承座内，此时，锥形滚子轴承的内圈和外圈贴合，锥形滚子轴承能承受布料管的轴向负荷；在轴承座下端面的螺孔内安装双头螺栓，在轴承盖与轴承座下端面之间安放密封垫，在轴承盖的油封槽内安装油封,将轴承盖穿过在轴承座下端面上的双头螺栓，然后拧紧锁紧轴承盖的螺母，就此固定了锥形滚子轴承，同时阻止了锥形滚子轴承内的润滑酯的泄漏；将固定管插入旋转管内，与旋转管下部的止口接触，增大了商品砼泥浆流入旋转管与固定管之间缝隙的阻力，同时旋转管绕固定管能自如转动；在旋转管与固定管之间的填料函内装填填料；在轴承座上端面的螺孔内安装双头螺栓，将填料压盖穿过在轴承座上端面的双头螺栓，然后拧紧锁紧填料压盖的螺母，利用螺栓的压紧力使填料压盖的凸台压紧填料，就此阻止了商品砼泥浆从旋转管与固定管之间缝隙的泄漏；管接头装配完毕，将轴承座的法兰安装在双关节布料机器人的主梁伸出端上，采用螺栓连接；旋转管与布料管连接，采用卡箍接管器连接；固定管与商品砼输送管连接，采用卡箍接管器连接，商品砼输送管固定在双关节布料机器人的主梁上。