高效自行式混凝土地面拋光機研究

徐仁豪 葉澤成 王公海 姚赟峰

（嘉興學院南湖學院，嘉興 314000）

目前國內尚無完全適用于混凝土地面的自行式光整加工設備，現有混凝土地面研磨機僅是去除原有的混凝土表層或涂層，為二次涂抹新的表層做準備[1-2]，研磨之后整個表面不平整、不光滑。有些是將石材翻新機用于混凝土地面磨削，但混凝土地坪在處理時，需要去除的厚度一般都比石材地坪要大得多。對于混凝土地面的拋光，這些設備存在以下幾個問題：（1）手推式行進會造成研磨機行進速度不穩定，直接導致研磨不均勻，造成整個表面不平整，且勞動強度大，工人需要較大的力量來推動；（2）加工效率低，現有的混凝土地面研磨機或石材翻新機的每次研磨的寬度不足1m，不適用于大面積混凝土地面的拋光工作，如對于大型車間而言，其加工面積大，這樣的加工效率顯然不足；（3）更換磨片不方便，需要用力使機器傾斜一個角度才能獲得更換所需的操作空間，加大了工人的勞動強度；（4）吸塵效果差，在磨削混凝土的過程中，會造成很大的灰塵，而現有的吸塵裝置不能有效吸塵，工作環境很差。

為解決目前市場上這些設備存在的問題，設計一種能夠自己行走、拋光效率高、容易更換磨片且帶有吸塵裝置的完全針對混凝土地面拋光的設備非常必要。

1 自行式混凝土地面拋光機的總體結構

圖1 自行式混凝土地面拋光機的總體結構圖

自行式混凝土地面拋光機的總體結構圖如圖1所示。這種拋光機以電驅車體為主體[2]，通過驅動裝置推動磨頭行走并進行拋光作業，通過液壓驅動帶動液壓缸工作，使磨頭能夠旋轉出足夠的空間來更換磨片，通過吸塵裝置來完成吸塵工作。此種結構將各功能部件有機地結合起來，使地面拋光作業可以高效率、高質量地進行。

自行式混凝土地面拋光機的工作過程如下：根據現場環境加工效率要求拼裝磨頭，將各單元磨頭的電源線連在電源接口上；同時將各單元磨頭上的吸塵接頭連接到吸塵轉換接口上，使磨頭處在固定位置，然后驅動車體，從而帶動磨頭開始磨削；當需要更換磨片時，停止磨頭旋轉，通過液壓控制系統讓油缸推動磨頭旋轉一定的角度，即可更換磨片，換好后，油缸將磨頭拉回到起始位置；然后磨頭通電繼續磨削。磨頭工作時，開動吸塵裝置進行吸塵作業。

2 自行式混凝土地面拋光機的各部分結構

2.1 模塊化磨頭結構及工作原理

2.1.1 單元磨頭的結構布局

自行式混凝土地面拋光機的單元磨頭結構布局示意圖如圖2所示，每個磨頭是一個獨立單元，一次磨削加工寬度在950mm左右，可以將多個磨頭拼裝起來以獲得更寬的加工面積[3-8]。一般可以拼裝2～3個磨頭，可以根據實際工期拼裝磨頭，獲得所需的加工效率。每個磨頭都采用電機帶動，經過齒輪傳動帶動三組磨頭同時進行磨削，每組磨頭上裝有3個磨片，且沿磨頭的中心作旋轉運動進行磨削加工。三組磨頭呈等腰三角形配置，每組磨頭的磨削軌跡有20mm的寬度相互重合，以此保證一次加工寬度上所有地方都磨削到位。每個單元磨頭設計有聯接接頭用于單元之間的拼裝。磨頭所需電源由車體前面的電源接口提供。

圖2 單元磨頭結構布局示意圖

2.1.2 單元磨頭的傳動過程

單元磨頭傳動裝置示意圖如圖3所示，由電源接口分出電源到各磨頭電機，電機轉動通過斜齒輪傳動機構帶動金剛石磨盤來拋光地面，磨頭與動力輸出之間的連接軸處需設計橡膠緩沖墊，目的是使金剛石磨削時有柔性，保護傳動機構。

圖3 單元磨頭傳動裝置示意圖

2.1.3 單元磨頭的拼裝方式

自行式混凝土地面拋光機的兩個單元磨頭用連接桿拼裝后的示意圖如圖4所示，可以根據實際磨削要求，用更長的連接桿連接3個單元磨頭，提高單次行進的磨削效率。

圖4 單元磨頭拼裝裝置示意圖

2.2 磨頭與立柱的連接部分

磨頭拼裝后，需要與驅動車體連接，從而驅動磨頭前進。磨頭與立柱的連接示意圖如圖5所示，磨頭與立柱之間設計兩根桿，上橫桿連接立柱，磨頭連接桿連接磨頭。上橫桿與磨頭連接桿之間用板簧連接，目的是實現減振。磨頭連接個數不同對應的連接裝置不同。

圖5 磨頭與立柱的連接示意圖

2.3 自行式部分

行走部分及固定裝置示意圖如圖6所示。以四輪式電驅車體為基礎，在車體前面兩側安裝上下兩根支撐桿，磨頭懸掛于兩支撐桿的結合處，在車體的前面底部設計兩個彈簧扣合件來固定磨頭部分，使磨頭避免在快速移動時出現搖擺現象，同時可以使車體的驅動力更有效地傳到磨頭。

圖6 行走部分及固定裝置示意圖

2.4 磨片更換裝置

磨片更換裝置示意圖如圖7所示。在下支撐桿與磨頭的連桿上鉸接兩根活動連桿，兩根活動連桿的接頭處聯接一個油缸[4]，油缸的伸縮會使活動連桿之間的夾角變化，從而使磨頭傾斜一個角度，獲得更換磨片的空間，如圖7（b）所示，然后操作人員手工更換磨片。

磨頭更換裝置動作過程如圖7所示，在圖7（a）所示的磨片磨削拋光工作狀態中，油缸加壓時，活塞桿伸出，首先克服底部兩扣合塊的約束力，然后推動兩活動連桿收縮。這樣磨頭必然會做旋轉運動，轉過一定角度，就獲得了更換金剛石磨盤所需空間，如圖7（b）所示。換好后，活塞桿收縮，拉動活動連桿收縮，磨頭克服底部兩彈簧卡塊的約束力，進入到原來位置，即可繼續進行磨削加工。

圖7 磨片更換裝置示意圖

2.5 吸塵部分

在磨削拋光過程中會產生大量灰塵，故拋光機需要安裝吸塵裝置，如圖8所示的是真空吸塵裝置，采用吸塵袋收集灰塵。每個磨頭上開設有3個吸塵口，用PVC塑料管連接，再用一個吸塵管接頭將3根PVC塑料管連接起來，這樣每個單元磨頭就變成一個接口，同時在兩上支撐桿上連接一橫桿，如圖8所示，在其上面上固定一個吸塵管轉換接口，可以設置多個接口。通過軟吸塵管把各個單元磨頭上的吸塵管接頭同吸塵管轉換接口連上，最后通過真空吸塵裝 置吸塵。

圖8 吸塵裝置示意圖

3 結語

本文所述的自行式混凝土地面拋光機特別適合需要大面積拋光的場合。與現有設備相比，通過采用可拼裝磨頭提高了加工效率，通過魔頭旋轉裝置可以獲得更換磨盤的空間，便于更換磨盤。與電驅式車體相結合，使拋光過程能機械化行走，無需人力推動，減少了工人的勞動強度。采用緩沖裝置，可以有效減少傳動機構以及其他部件因加工時的振動而失效。這為混凝土地面拋光加工提供了一種新型高效的 加工設備。