基于氣壓差傳送的高效環保路面切割機設計方案

引言

路面切割機設備在路面切割方面應用廣泛，其可以分為大型切割機、小型切割機兩大類。大型切割機在質量及效率上具有優勢，效益較高，市場前景較好；而小型切割機結構簡單、攜帶便捷，對場地無限制要求，具有磨損量小、維修方便等優勢。當前，社會各界對機械制造業的依賴程度呈現不斷上升的狀態，路面切割機[1]的需求也日益明顯，對其性能和操控性要求越來越高，現有的切割設備已經不能滿足市場需求。

根據相關調查，目前我國建筑產業中使用的切割機設備種類眾多、數量龐大，其中路面切割機的磨損將會影響切割精度，往往需要大量時間進行設備維護及修理，其使用壽命也將大大縮減。為此，亟需研制一款高精度、環保節能的路面切割機是。

針對上述問題，設計了一種基于氣壓差傳送的高效環保路面切割機。該切割機是一款集水循環功能模塊和防揚塵模塊于一體的設備，機械化、自動化、模塊化程度較高，相對于國內外的同類切割機，該設備的割縫可自行調節，具有防揚塵、切割后的路面無碎石等優點。路面切割機是一種精度要求較高的切割機械，在切割時，該切割機切割模塊中的防塵罩和具有良好耐磨性的切割片，不僅保證了切割精度、切割路面的平整性，其精確的信息反饋系統還確保了設備平穩運行，進而保證了切割的平整、流暢。

1 路面切割機總體方案設計

1.1

整體方案設計

由于市面上切割機的價格和結構有所不同，各切割機的廠家硬件體系也互不兼容，其拆裝過程時間各有所異，為了減少不必要的時間浪費，更快進行改裝、焊接并進行控制裝置的安裝，考慮到實際設計的需求和成本，將整體方案拆成多個部分。路面切割機的整體方案設計如圖1所示，包括切割機構模塊、水循環功能模塊、粉末化模塊、儲能功能模塊、防揚塵模塊等，該方案優化了整體功能，拆分部件更加便捷，零部件替換更加快捷。

該設計采用PLC[2]為控制核心，PLC控制器具有結構合理、讀寫速度快、傳輸精度高和控制穩定等優點，廣泛應用于石化、礦山、農業、電工和機械制造等領域，因此基于氣壓差傳送的高效環保路面切割機采用PLC作為控制器進行設計。PLC分為輸入采樣階段、程序執行階段、輸出刷新階段。在運行前，會先運行初始化程序，通過上電對各個模塊進行初始化，此后會根據程序流程調用各個模塊進行循環運行。各個模塊主要由過濾器、傳送帶、粉碎機、液壓閥、溫濕度傳感器、紅外測距傳感器[3]和儲能電池等部分構成。

1.2

工作流程設計

路面切割機的工作流程如圖2所示，該裝置采用單片機為核心進行信息處理，當設備開始工作時，程序[4]初始化，單片機分別對溫濕度傳感器、空氣質量傳感器、紅外測距傳感器、水位傳感器、液壓閥進行初始值的設定，并進行數據傳輸。啟動自動程序，通過紅外測距傳感器顯示當前距離值，該傳感器可以將驅動集成電路作為一個整體進行特定深度的切割，也可以手動調節機械高度，完成切割工作。該設備可以進行寬度調整，通過液壓閥控制伸縮桿運動，到達設定的位置。在切割的同時，溫濕度傳感器和空氣質量傳感器實時檢測溫濕度、空氣密度等模擬量，達到一定值，噴水器和負壓泵啟動工作，噴水器對旋轉的刀片進行噴水降溫，噴出的水霧及時被負壓泵通過曲型水管冷卻回收到水箱，水箱中的水位傳感器檢測出模擬量，將這些模擬量通過傳感器轉化為數字量，傳輸到單片機內，經過軟件掃描、識別、執行等程序，完成路面切割的工作任務。

2 切割機各功能模塊

2.1

切割機構模塊

當切割機進行地面切割時，伸縮簾與地面形成一個密閉空間，切割片切割地面時，刀片和地面摩擦產生大量的熱，并揚起大量粉塵，安裝在防塵罩上的多種傳感器[5]可以實時檢測這些數據，并把數據傳遞給PLC控制器。當溫度過高時，PLC控制噴頭打開，噴水器對切割刀片進行噴淋，降低刀片溫度。該切割機可以根據切割范圍來控制伸縮桿進行伸縮，在紅外測距模塊不斷反饋下，加大切割深度和寬度，達到切割效果。切割機構模塊如圖3所示。

2.2

水循環功能模塊

在設備內部設置有環狀水循環結構，如圖4所示。在檢測刀片上的熱量和空氣密度后，噴水器噴灑水霧進行有效覆蓋，控制灰塵不再揚起，以便刀片更好地切割地面。水霧在負壓條件下會隨著氣流向上升起，慢慢進入水循環結構。水蒸氣和水霧的混合體在曲型水管結構中流動，由于水管材料為鋼結構和鐵結構，可對水蒸氣進行冷卻液化處理，使水霧聚集，在重力影響下，進入過濾器[6]進行過濾，慢慢流回儲水池。在水位傳感器作用下，檢測、調控箱體始終有足夠的水源進行噴水[7]，形成一個循環。該模塊可實現刀片的降溫、水的回收，具有調控迅速、穩定性強的特點；且在刀片上設有一個噴射口，可實現無人操作，自動進行噴灑，達到高效、干凈、徹底的效果。

2.3

粉末化模塊

設備可以自動調節刀片切割范圍，在切割結束后，會產生大量的碎石塊，在密閉環境下，如果不能及時清理，會對刀片及外殼產生極大的沖擊力，對刀片和外殼也是一種損傷，于是在刀片后面設計粉末化裝置，先是由聚石器將石塊進行收集，再經傳送帶使碎石由低端進入高端，在重力作用下，碎石進入濾塵器底端，在螺旋爬升作用下，碎石被運輸到上層的粉碎機[8]，在運輸過程中，碎石與濾塵器內壁摩擦，進行少量的粉碎，最后進入粉碎機進行粉碎。該結構能有效粉碎大量碎石，切割機經過之后，不再是大量的碎石塊，而是經過粉碎機粉末化的產物，具有更高的利用價值。該模塊結構如圖5所示。

2.4

儲能功能模塊

由于設備大部分裝置需要依靠電力運作，如遇突發停電事件和環境問題，會導致停工問題。因此在設備上加裝電池[9]儲能系統和太陽能板，在任何環境下，都可以進行有效切割，不會因外界因素造成工作停滯。也可以在閑置時將其放在太陽下面，充分充電，為有效切割提供工作保障。

2.5

整體模塊

切割機整體模塊包括切割機構模塊、水循環功能模塊、粉末化模塊、儲能功能模塊，各模塊中部分零件均可在市場中購買，該設備在設計時，采用國際標準化參數，部分零件幾何參數相關數據基本相同，在拆裝時方便更換。與現有零件數據進行比對，計算出該設備模塊零件的相關數據，根據相關參數進行三維建模，將得到的各模塊三維模型進行裝配，完成整體模型的連接，如圖6所示。

3 結語

本文結合建筑行業中路面切割機同類產品，對現有路面切割機產品進行研究，采取取長補短的措施，綜合考慮，進行改良設計，研制了一款基于氣壓差傳送的高效環保路面切割機。該裝置主要用于路面的切割和開槽，擁有高效、環保、自動化等特點，智能化程度較高，有極高的實用價值，其市場需求大，市場前景非常廣闊。

在設計方案里，采用模塊化設計，將整體方案拆成多個部分，綜合運用所需要的數據、結構、原理，對路面切割機的各個模塊結構進行了設計，保證運動的流暢性；采用柴油機作為動力源，以傳送帶為中介，保證切割片、粉碎機、濾塵器、聚石器各機器運行，實現一機多用，提高了機器整體效率，加快了工作流程；并參考專業知識，保證設計方案的可行性、真實性，對路面切割機的制造具有重要價值。

審核編輯：劉清