基于單片機的石子鋪裝小車的設計

李彪 趙希超

摘要：為了完成鋼箱梁橋面的石子鋪裝工作，設計了基于單片機控制技術的石子鋪裝小車。該小車主要由車身、振動布料裝置及控制系統等部分組成。其中，車身采用步進電機驅動；振動布料裝置主要采用的雙電機帶動偏心塊同步反方向轉動，產生的激振力傳遞到料槽上，通過料槽的振動把石子鋪裝到橋面上；控制系統以單片機為核心，通過傳感器等輔助部件，可實現小車的行走速度和料斗出料速度的控制等功能。該小車具有穩定可靠的性能，提高了效率，減少了石子鋪裝成本。

Abstract： In order to finish the stone pavement on steel-girder bridge deck， the stone pavement trolley has been designed base on the SCM control technology. The trolley is mainly composed of the body， vibration feeding device and control system and so on. Among them， the body is driven by step motor； vibration distributing device mainly adopts the principle that the double synchronous motor drives the eccentric block to rotate in the opposite direction， then the excitation force is transmitted to the trough， and through its vibration， the stone is paved on the bridge deck； the control system is with single chip microcomputer as the core， and through the sensor and other auxiliary parts， can realize the walking speed and the discharge speed control function of the trolley. The trolley has a stable and reliable performance， improves efficiency， and reduces the cost of paving stones.

關鍵詞：單片機；振動結構；激振力；小車

Key words： single chip microcomputer；vibration structure；exciting force；trolley

中圖分類號：TH237 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）01-0116-02

0 引言

鋼橋是我國主要的橋型之一，其中鋼箱梁橋的應用比較廣泛，鋼箱梁橋有重量輕、抗彎和抗扭剛度大、安裝迅速、跨越能力大等優點，在城市立交橋、大型跨江海橋梁工程中應用廣泛。

在鋼箱梁橋的建設過程中，鋼箱梁橋搭建好以后，進行橋面鋪裝的工作，尤其在大跨徑的鋼箱梁建設中，橋面的鋪裝工程極為重要。橋面的鋪裝的好壞直接影響到行車的安全性、舒服度、橋梁的壽命、社會效益，橋面鋪裝的好壞成為評價鋼箱梁橋的建設的成功與否標準之一。在橋面鋪裝的過程中，要先在橋面上鋪裝上一層石子，然后在石子上鋪上環氧瀝青混凝土[1]。尤其是在石子的鋪裝過程中，石子鋪裝的效果要達到單層、均勻、無間隙。隨著科技水平的迅速發展，各種生產的自動化水平越來越高，但現在國內石子的鋪裝，主要采用人工鋪裝，這種鋪裝方式精度低，生產成本高，耗費大量人力和物力。而且隨著生產工作環境越來越復雜化，這種人工鋪裝的方式已經不再合適。針對以上情況，我們設計了石子鋪裝小車，滿足了生產需要，該石子鋪裝小車效率高，石子可以均勻、整齊、無間隙地鋪在鋼箱梁的橋面上。

1 石子鋪裝小車的主要組成

石子鋪裝小車主要由車身、振動布料機構及控制系統等部分組成。車身采用步進電機驅動，通過鏈傳動的方式帶動車輪轉動來實現小車的行走。料斗通過兩個氣缸[2]控制閥門的開關來控制石子的流量。石子鋪裝小車的振動布料機構主要采用，雙電機帶動偏心塊同步反向轉動，產生合成的激振力傳遞到料槽上，通過料槽的振動，實現石子的鋪裝。控制系統以單片機為核心，控制小車的啟停，以及通過光電傳感器的檢測來判斷石子是否出現卡槽的情況，來及時調整小車的工作狀態。在小車鋪裝石子的過程中，通過CCD傳感器采集石子鋪裝的圖像[3]，進行二值化處理，判斷石子鋪的是否均勻，如果沒有達到預期的效果，通過調節料斗的出料速度和小車的行走速度之間的關系，以達到石子均勻、單層、無間隙的鋪裝在鋼箱梁橋面上。如圖1所示，石子鋪裝設備由車輪、彈簧、步進電機、偏心塊、料斗、車架等零件組成。

2 振動布料結構的設計與研究

該設備振動結構主要采取的是電機軸帶動偏心質量塊高速旋轉，通過產生的離心力得到激振力，振動機構采用了兩個相同型號的電機，兩電機相對于機體縱向對稱面對稱安裝，前后減震彈簧與質心的剛度距相等，轉向相反，這樣合成激振力作用線通過質心，振動軌跡應為一條位于機體縱向對稱面且與水平方向呈一定夾角的直線[4]，在這種狀態下料槽的運動應該為直線振動，石子在料槽內沿直線運動并且沿著料槽的寬度方向分散，石子最終在料槽出口端均勻單層分布[5]。

4 結束語

通過機械結構和單片機控制系統的綜合設計，石子鋪裝設備可以廣泛應用于鋼箱梁的橋面鋪裝，和以往的人工鋪裝相比較，石子鋪裝設備的工作效率高，減少了勞動力，為企業節約了成本。實際表明，該設備可靠性高、反應靈敏、穩定性好。

參考文獻：

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