隨著我國(guó)家裝行業(yè)的蓬勃發(fā)展，內(nèi)墻涂料涂刷工程量也迅猛增大。然而，相對(duì)于龐大的內(nèi)墻涂料滾涂工程量，我國(guó)卻鮮見(jiàn)內(nèi)墻涂料涂刷專用裝備。目前，室內(nèi)裝修工程中，內(nèi)墻涂料施工廣泛采用的滾涂方法都是人工完成，使用的滾涂工具為裝有手柄的滾筒。

進(jìn)行涂料滾涂作業(yè)時(shí)，操作工人手持滾筒手柄，先將滾筒輕輕浸入涂料桶內(nèi)浸蘸涂料，然后往墻上滾涂涂料。浸蘸一下涂料再滾涂一次墻，不能連續(xù)滾涂作業(yè)，工作效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于滾頭吸漿量不均勻，且在滾涂過(guò)程中滾頭中的涂料漿液逐漸減少，涂層厚度不均勻。在滾筒浸蘸涂料和滾涂過(guò)程中，涂料漿液滴落滿地，既浪費(fèi)涂料，又搞臟地板和工人衣服。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)，解決現(xiàn)有對(duì)內(nèi)墻墻面涂料的滾涂需要人工操作，工作效率低、涂層厚度不均勻、浪費(fèi)涂料、污染工作環(huán)境等諸多問(wèn)題。

 

1 內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)技術(shù)方案

1.1 整體方案設(shè)計(jì)

圖1 為內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)設(shè)計(jì)效果圖。為實(shí)現(xiàn)滾筒能夠緊貼墻面自動(dòng)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成一個(gè)上下滾涂工步后能夠自動(dòng)水平位移一個(gè)滾涂距離，滾筒無(wú)需人工浸蘸涂料等功能要求，本文設(shè)計(jì)的內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)由機(jī)械系統(tǒng)、涂料泵送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分組成。機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)滾筒上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及水平移動(dòng)功能，涂料泵送系裝置實(shí)現(xiàn)涂料自動(dòng)泵送至滾筒內(nèi)腔、連續(xù)定量供給滾筒涂料的功能，控制系統(tǒng)控制滾筒上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度和換向以及完成一個(gè)上下滾涂工步后水平移動(dòng)的速度和距離。因本機(jī)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及水平移動(dòng)速度低、功率需求小，因此，動(dòng)力電機(jī)均選用低轉(zhuǎn)速、小功率步進(jìn)電機(jī)，無(wú)需減速增力機(jī)構(gòu)即可滿足動(dòng)力和速度要求；采用具有經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能過(guò)載打滑、安裝維護(hù)容易等特點(diǎn)的O 形帶傳動(dòng)傳遞動(dòng)力，既降低制造成本，又簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。

內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)效果圖

1.2 工作過(guò)程

滾涂作業(yè)開(kāi)始時(shí)，操作工人首先根據(jù)滾涂工藝要求設(shè)置好滾涂程序、滾筒上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度、小板車(chē)水平移動(dòng)速度和位移距離、涂料供給量等，然后將內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)移動(dòng)至墻面滾涂開(kāi)始位置，使?jié)L筒頂在待滾涂涂料的墻面上，按下啟動(dòng)按鍵，安裝在滾筒支架上的滾筒，隨著滾筒支架自動(dòng)、緩慢、勻速地上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，動(dòng)力泵將涂料桶中的涂料源源不斷地、定量地泵送至滾筒內(nèi)腔，通過(guò)滾筒的多個(gè)滲漿孔滲出，連續(xù)供給滾頭涂料，滾頭將涂料均勻地滾涂在墻面上。當(dāng)滾筒完成一次或二次上下運(yùn)動(dòng)后（即一個(gè)工步），小板車(chē)自動(dòng)向前移動(dòng)一個(gè)滾涂距離。如此反復(fù)，直至控制系統(tǒng)接收到安裝于小板車(chē)上的傳感器發(fā)出的水平移動(dòng)終點(diǎn)信號(hào)，并完成最后一次上下滾涂工步后，一面墻的涂料滾涂作業(yè)結(jié)束。工人將自動(dòng)滾涂機(jī)移動(dòng)至另一墻面滾涂開(kāi)始位置，開(kāi)始另一面墻的滾涂作業(yè)。

 

2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)包括滾筒組件、上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.1 滾筒組件的設(shè)計(jì)

滾筒組件由滾頭、滾筒、中心管、T 型三通管、把手等組成，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。滾頭套裝在滾筒上，中心管穿過(guò)套筒一端筒壁插裝在另一端的筒壁上，并通過(guò)螺釘與其筒壁固定連接。為使?jié)L筒內(nèi)腔形成密閉的涂料存儲(chǔ)腔，滾筒與中心管連接處裝有O 型密封圈。滾筒滾涂涂料時(shí)，要求涂料能夠從滾筒內(nèi)腔均勻滲出，因此，將在中心管伸入套筒內(nèi)的管壁上以及滾筒圓周上的多個(gè)滲漿孔設(shè)計(jì)成交叉均勻分布。在控制系統(tǒng)的控制下，涂料通過(guò)涂料泵送系統(tǒng)泵送至T 型三通管，經(jīng)中心管輸送到滾筒內(nèi)腔，并從滲漿孔不斷滲透到滾頭，實(shí)現(xiàn)涂料自動(dòng)、連續(xù)、定量、均勻供給滾頭，從而取代了手工滾涂時(shí)滾筒浸蘸涂料的工步。

滾筒組件結(jié)構(gòu)圖

2.2 上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖4 所示，以框形導(dǎo)軌為主體，主要由滑輪、卷繩輪、鋼絲繩、滾筒支架、滾輪等組成?？蛐螌?dǎo)軌垂直固定在行走機(jī)構(gòu)上，其高度略低于室內(nèi)高度，為便于滾筒支座上下移動(dòng)，在框形導(dǎo)軌的一側(cè)開(kāi)有豎條形開(kāi)口，滾筒支座的滾筒連接部伸出框形導(dǎo)軌?？蛐螌?dǎo)軌上端設(shè)置有可張緊的一對(duì)滑輪，下端設(shè)置有卷繩輪。鋼絲繩繞卷在卷繩輪上，其兩端口分別與滾筒支座的上、下吊環(huán)相連接。在設(shè)計(jì)滾筒與框形導(dǎo)軌的聯(lián)接時(shí)，為使?jié)L筒支座上下移動(dòng)時(shí)更輕便、靈敏，滾筒支座穿裝在兩個(gè)滾輪之間的滾輪軸上，由兩個(gè)滾輪分別與框形導(dǎo)軌的兩內(nèi)側(cè)相壓接，當(dāng)滾筒支座上下移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)滾輪在框形導(dǎo)軌兩內(nèi)側(cè)滾動(dòng)。卷繩輪通過(guò)O 型帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)連接，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)卷繩輪的旋轉(zhuǎn)，拉拽鋼絲繩的一端向上或向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)松放鋼絲繩的另一端，使鋼絲繩始終保持繃緊狀態(tài)，拉拽著滾筒支座上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滾筒組件上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以使?jié)L筒實(shí)施涂料滾涂作業(yè)。

滾筒組件結(jié)構(gòu)圖

在滾筒支座與滾筒手柄的連接部上裝有穿過(guò)滾筒手柄的定位螺釘，定位螺釘穿過(guò)滾筒手柄的限位長(zhǎng)槽固定在滾筒手柄支座連接部上，以確保滾筒手柄只能在連接部的安裝孔內(nèi)移動(dòng)，不能轉(zhuǎn)動(dòng)。為了確保滾頭在滾涂過(guò)程中始終與墻面保持貼合，在滾筒支座的安裝孔底部與滾筒組件的把手端頭之間設(shè)計(jì)有彈簧，彈簧通過(guò)把手始終對(duì)滾頭進(jìn)行施壓。

2.3 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖5 所示。小板車(chē)面板為矩形的車(chē)面板，其下方安裝有前、后兩對(duì)行走輪，后一對(duì)行走輪為驅(qū)動(dòng)輪，通過(guò)O 形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)連接。小板車(chē)面板在位移正前端安裝有接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)小板車(chē)水平移動(dòng)至滾涂終點(diǎn)位置時(shí)，向控制系統(tǒng)發(fā)出水平移動(dòng)終點(diǎn)位置信號(hào)。

行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

3 涂料泵送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

涂料泵送系統(tǒng)由涂料桶、涂料泵、攪拌器、涂料輸送軟管和壓力傳感器等組成，放置于行走機(jī)構(gòu)的小板車(chē)面板上。選用節(jié)能、高效、運(yùn)轉(zhuǎn)平衡安靜的變量葉片泵作為涂料泵，可在設(shè)定的系統(tǒng)壓力下自動(dòng)流量補(bǔ)償，以確保滾筒內(nèi)腔涂料漿液壓力恒定。葉片泵的啟動(dòng)、停止以及流量均由控制系統(tǒng)控制。涂料在施涂過(guò)程中必須充分?jǐn)嚢瑁悦庖虺恋碛绊懯┩坎僮骱褪┩抠|(zhì)量[3]，為此，在涂料桶中增設(shè)攪拌器，以滿足施涂工藝要求。由于涂料泵送系統(tǒng)放置于小板車(chē)上，涂料桶的質(zhì)量過(guò)大會(huì)增大行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力要求，但過(guò)小又會(huì)增加工人添加涂料的頻次，因此，根據(jù)人工施涂經(jīng)驗(yàn)綜合考慮，涂料桶的直徑設(shè)計(jì)約為Φ250 mm×300 mm 左右。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制器，接收安裝于機(jī)械系統(tǒng)的三個(gè)接近開(kāi)關(guān)、涂料泵送系統(tǒng)的壓力傳感器輸出的信號(hào)，并向機(jī)械系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)、涂料泵送系統(tǒng)的涂料泵發(fā)出指令，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)控制滾筒運(yùn)動(dòng)上下方向和運(yùn)動(dòng)速度、小板車(chē)移動(dòng)速度和距離以及涂料的供給量和供給時(shí)間。在框形導(dǎo)軌近頂端的上止點(diǎn)處和近底端處的下止點(diǎn)處分別裝有接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)滾筒支座上的定位螺釘運(yùn)動(dòng)至上接近開(kāi)關(guān)或下接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)距離內(nèi)時(shí)，上接近開(kāi)關(guān)或下接近開(kāi)關(guān)向控制器輸出到達(dá)信號(hào)。控制系統(tǒng)收到滾筒運(yùn)動(dòng)到達(dá)上、下止點(diǎn)位置的信號(hào)后，向驅(qū)動(dòng)卷繩輪的步進(jìn)電機(jī)發(fā)出正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的指令，以實(shí)現(xiàn)滾筒換向運(yùn)動(dòng)。在小板車(chē)面板前端安裝有接近開(kāi)關(guān)，用于輸出小板車(chē)到達(dá)滾涂終點(diǎn)位置的信號(hào)。當(dāng)控制系統(tǒng)收到滾涂終點(diǎn)位置的信號(hào)后，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)小板車(chē)水平移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)控制小板車(chē)水平移動(dòng)的速度和距離。為安全、方便施涂作業(yè)，控制系統(tǒng)在滾筒運(yùn)行上、下止點(diǎn)設(shè)置有保護(hù)開(kāi)關(guān)，還設(shè)置有各種運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)燈顯示。

 

5 內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)主要特點(diǎn)

（1）實(shí)現(xiàn)涂料滾涂過(guò)程高度自動(dòng)化。內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)采用單片機(jī)控制、接近開(kāi)關(guān)等現(xiàn)代監(jiān)測(cè)控制技術(shù)，并配以合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)滾涂工藝要求，靈活設(shè)置不同的滾涂程序，滾涂速度可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了從涂料供給到涂料滾涂全過(guò)程高度自動(dòng)化。

（2）提高滾涂作業(yè)效率。使用內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)進(jìn)行涂料滾涂作業(yè)，滾涂涂料的滾筒能夠自動(dòng)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及水平位置移動(dòng)，一次自動(dòng)完成室內(nèi)一面墻的涂料滾涂連續(xù)作業(yè)，極大地提高了工作效率，減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，省時(shí)、省力、省料。

（3）提升滾涂作業(yè)質(zhì)量。內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)能夠根據(jù)涂料滾涂工藝要求，設(shè)置滾筒上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次、二次或者多次后小板車(chē)才移動(dòng)一個(gè)滾涂位，調(diào)節(jié)滾筒上下運(yùn)動(dòng)的速度以及涂料漿液的供給量，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、定量、勻速上下滾涂涂料，確保了滾涂面涂料層的厚度均勻、美觀，大幅度提高了涂料滾涂作業(yè)的質(zhì)量。

（4）節(jié)約涂料。內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)連續(xù)不斷定量供給滾筒涂料漿液，不需要人工浸蘸涂料，減少甚至完全避免了滾筒浸蘸涂料和滾涂時(shí)漿液的滴落，減少甚至杜絕了涂料的浪費(fèi)，保持了施工現(xiàn)場(chǎng)和操作工人的清潔。

（5）容易使用操作。內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，質(zhì)量小，大部分零部件和控制元件都能夠在機(jī)電市場(chǎng)上采購(gòu)，生產(chǎn)制造和使用維護(hù)都很容易，方便高樓層搬運(yùn)，一般的作業(yè)工人只需簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可操作使用。

 

6 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的內(nèi)墻涂料自動(dòng)滾涂機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)運(yùn)用Pro/E 軟件模擬仿真系統(tǒng)，對(duì)卷繩輪、小板車(chē)驅(qū)動(dòng)輪建立一個(gè)伺服馬達(dá)，生成一個(gè)可視化的、形象的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，模擬真實(shí)環(huán)境下運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和功能特性，論證了其機(jī)構(gòu)運(yùn)行是可行和穩(wěn)定的。該機(jī)較好地解決了內(nèi)墻涂料手工滾涂存在的問(wèn)題，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)內(nèi)墻涂料自動(dòng)涂刷設(shè)備的空白，為內(nèi)墻涂料涂刷作業(yè)自動(dòng)化提供了一種切實(shí)可行的思路和方法，還可以以本機(jī)為參照設(shè)計(jì)天花板涂料滾涂機(jī)。該機(jī)現(xiàn)已正式申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410591009.4。

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