隨著我國家裝行業(yè)的蓬勃發(fā)展，內墻涂料涂刷工程量也迅猛增大。然而，相對于龐大的內墻涂料滾涂工程量，我國卻鮮見內墻涂料涂刷專用裝備。目前，室內裝修工程中，內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。

進行涂料滾涂作業(yè)時，操作工人手持滾筒手柄，先將滾筒輕輕浸入涂料桶內浸蘸涂料，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，工人勞動強度大。由于滾頭吸漿量不均勻，且在滾涂過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程中，涂料漿液滴落滿地，既浪費涂料，又搞臟地板和工人衣服。

針對上述問題，本文提出了一種內墻涂料自動滾涂機，解決現(xiàn)有對內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、浪費涂料、污染工作環(huán)境等諸多問題。

 

1 內墻涂料自動滾涂機技術方案

1.1 整體方案設計

圖1 為內墻涂料自動滾涂機設計效果圖。為實現(xiàn)滾筒能夠緊貼墻面自動上下往復運動，完成一個上下滾涂工步后能夠自動水平位移一個滾涂距離，滾筒無需人工浸蘸涂料等功能要求，本文設計的內墻涂料自動滾涂機由機械系統(tǒng)、涂料泵送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分組成。機械系統(tǒng)實現(xiàn)滾筒上下往復運動以及水平移動功能，涂料泵送系裝置實現(xiàn)涂料自動泵送至滾筒內腔、連續(xù)定量供給滾筒涂料的功能，控制系統(tǒng)控制滾筒上下往復運動的速度和換向以及完成一個上下滾涂工步后水平移動的速度和距離。因本機上下往復運動以及水平移動速度低、功率需求小，因此，動力電機均選用低轉速、小功率步進電機，無需減速增力機構即可滿足動力和速度要求；采用具有經濟、結構簡單、傳動平穩(wěn)、能過載打滑、安裝維護容易等特點的O 形帶傳動傳遞動力，既降低制造成本，又簡化結構。

內墻涂料自動滾涂機效果圖

1.2 工作過程

滾涂作業(yè)開始時，操作工人首先根據滾涂工藝要求設置好滾涂程序、滾筒上下往復運動速度、小板車水平移動速度和位移距離、涂料供給量等，然后將內墻涂料自動滾涂機移動至墻面滾涂開始位置，使?jié)L筒頂在待滾涂涂料的墻面上，按下啟動按鍵，安裝在滾筒支架上的滾筒，隨著滾筒支架自動、緩慢、勻速地上下往復運動，同時，動力泵將涂料桶中的涂料源源不斷地、定量地泵送至滾筒內腔，通過滾筒的多個滲漿孔滲出，連續(xù)供給滾頭涂料，滾頭將涂料均勻地滾涂在墻面上。當滾筒完成一次或二次上下運動后（即一個工步），小板車自動向前移動一個滾涂距離。如此反復，直至控制系統(tǒng)接收到安裝于小板車上的傳感器發(fā)出的水平移動終點信號，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)結束。工人將自動滾涂機移動至另一墻面滾涂開始位置，開始另一面墻的滾涂作業(yè)。

 

2 機械系統(tǒng)設計

內墻涂料自動滾涂機的機械系統(tǒng)包括滾筒組件、上下運動機構、行走機構，其結構如圖2 所示。

內墻涂料自動滾涂機結構圖

2.1 滾筒組件的設計

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

滾筒組件結構圖

2.2 上下運動機構的設計

上下運動機構的結構如圖4 所示，以框形導軌為主體，主要由滑輪、卷繩輪、鋼絲繩、滾筒支架、滾輪等組成?？蛐螌к壌怪惫潭ㄔ谛凶邫C構上，其高度略低于室內高度，為便于滾筒支座上下移動，在框形導軌的一側開有豎條形開口，滾筒支座的滾筒連接部伸出框形導軌。框形導軌上端設置有可張緊的一對滑輪，下端設置有卷繩輪。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。在設計滾筒與框形導軌的聯(lián)接時，為使?jié)L筒支座上下移動時更輕便、靈敏，滾筒支座穿裝在兩個滾輪之間的滾輪軸上，由兩個滾輪分別與框形導軌的兩內側相壓接，當滾筒支座上下移動時，兩個滾輪在框形導軌兩內側滾動。卷繩輪通過O 型帶傳動機構與步進電機連接，由步進電機驅動旋轉。通過卷繩輪的旋轉，拉拽鋼絲繩的一端向上或向下運動，同時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運動，從而帶動滾筒組件上下往復運動，以使?jié)L筒實施涂料滾涂作業(yè)。

滾筒組件結構圖

在滾筒支座與滾筒手柄的連接部上裝有穿過滾筒手柄的定位螺釘，定位螺釘穿過滾筒手柄的限位長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移動，不能轉動。為了確保滾頭在滾涂過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計有彈簧，彈簧通過把手始終對滾頭進行施壓。

2.3 行走機構的設計

行走機構的結構如圖5 所示。小板車面板為矩形的車面板，其下方安裝有前、后兩對行走輪，后一對行走輪為驅動輪，通過O 形帶傳動機構與步進電機連接。小板車面板在位移正前端安裝有接近開關，當小板車水平移動至滾涂終點位置時，向控制系統(tǒng)發(fā)出水平移動終點位置信號。

行走機構結構圖

3 涂料泵送系統(tǒng)設計

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，放置于行走機構的小板車面板上。選用節(jié)能、高效、運轉平衡安靜的變量葉片泵作為涂料泵，可在設定的系統(tǒng)壓力下自動流量補償，以確保滾筒內腔涂料漿液壓力恒定。葉片泵的啟動、停止以及流量均由控制系統(tǒng)控制。涂料在施涂過程中必須充分攪拌，以免因沉淀影響施涂操作和施涂質量[3]，為此，在涂料桶中增設攪拌器，以滿足施涂工藝要求。由于涂料泵送系統(tǒng)放置于小板車上，涂料桶的質量過大會增大行走機構的動力要求，但過小又會增加工人添加涂料的頻次，因此，根據人工施涂經驗綜合考慮，涂料桶的直徑設計約為Φ250 mm×300 mm 左右。

4 控制系統(tǒng)設計

控制系統(tǒng)采用單片機作為控制器，接收安裝于機械系統(tǒng)的三個接近開關、涂料泵送系統(tǒng)的壓力傳感器輸出的信號，并向機械系統(tǒng)的步進電機、涂料泵送系統(tǒng)的涂料泵發(fā)出指令，通過控制步進電機的轉向和轉速，實現(xiàn)控制滾筒運動上下方向和運動速度、小板車移動速度和距離以及涂料的供給量和供給時間。在框形導軌近頂端的上止點處和近底端處的下止點處分別裝有接近開關，當滾筒支座上的定位螺釘運動至上接近開關或下接近開關的感應距離內時，上接近開關或下接近開關向控制器輸出到達信號。控制系統(tǒng)收到滾筒運動到達上、下止點位置的信號后，向驅動卷繩輪的步進電機發(fā)出正轉或反轉的指令，以實現(xiàn)滾筒換向運動。在小板車面板前端安裝有接近開關，用于輸出小板車到達滾涂終點位置的信號。當控制系統(tǒng)收到滾涂終點位置的信號后，通過控制驅動小板車水平移動的步進電機的轉速和工作時間，實現(xiàn)控制小板車水平移動的速度和距離。為安全、方便施涂作業(yè)，控制系統(tǒng)在滾筒運行上、下止點設置有保護開關，還設置有各種運行狀態(tài)的信號燈顯示。

 

5 內墻涂料自動滾涂機主要特點

（1）實現(xiàn)涂料滾涂過程高度自動化。內墻涂料自動滾涂機采用單片機控制、接近開關等現(xiàn)代監(jiān)測控制技術，并配以合理的機械結構設計，可以根據滾涂工藝要求，靈活設置不同的滾涂程序，滾涂速度可調，實現(xiàn)了從涂料供給到涂料滾涂全過程高度自動化。

（2）提高滾涂作業(yè)效率。使用內墻涂料自動滾涂機進行涂料滾涂作業(yè)，滾涂涂料的滾筒能夠自動上下往復運動以及水平位置移動，一次自動完成室內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強度，省時、省力、省料。

（3）提升滾涂作業(yè)質量。內墻涂料自動滾涂機能夠根據涂料滾涂工藝要求，設置滾筒上下往復運動一次、二次或者多次后小板車才移動一個滾涂位，調節(jié)滾筒上下運動的速度以及涂料漿液的供給量，實現(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)的質量。

（4）節(jié)約涂料。內墻涂料自動滾涂機能夠實現(xiàn)自動連續(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漿液的滴落，減少甚至杜絕了涂料的浪費，保持了施工現(xiàn)場和操作工人的清潔。

（5）容易使用操作。內墻涂料自動滾涂機結構簡單，制造成本低，質量小，大部分零部件和控制元件都能夠在機電市場上采購，生產制造和使用維護都很容易，方便高樓層搬運，一般的作業(yè)工人只需簡單培訓即可操作使用。

 

6 結束語

本文提出的內墻涂料自動滾涂機的運動機構，通過運用Pro/E 軟件模擬仿真系統(tǒng)，對卷繩輪、小板車驅動輪建立一個伺服馬達，生成一個可視化的、形象的機構運動過程，模擬真實環(huán)境下運行機構的運動和功能特性，論證了其機構運行是可行和穩(wěn)定的。該機較好地解決了內墻涂料手工滾涂存在的問題，填補了國內內墻涂料自動涂刷設備的空白，為內墻涂料涂刷作業(yè)自動化提供了一種切實可行的思路和方法，還可以以本機為參照設計天花板涂料滾涂機。該機現(xiàn)已正式申請國家發(fā)明專利，專利申請?zhí)枮?01410591009.4。

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