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自动抹灰机设计书自动抹灰机自动抹灰机指导老师：

于军华王继梅山东商业职业技术学院0目录摘要.1绪论.31.1抹灰机发展概论31.1.1抹灰机发展现状31.1.2抹灰机发展趋势41.1.3课题研究背景和意义.51.2本课题的主要设计任务及参数62抹灰机构方案和结构设计82.1抹灰机构整体设计.82.2抹灰机料斗设计.92.3支撑杆设计.102.4连杆的设计计算102.5横梁的选取.112.6底架的设计112.7滑道的设计计算112.8气体弹簧的设计计算.122.8.1气弹簧角度的选取122.8.2气弹簧力的选取132.9抹灰板的设计计算.132.9.1抹灰板倾斜角度的选择132.9.2抹灰板挡灰装置143抹灰机构的计算与校核143.1抹灰机构的整体受力分析.153.2抹灰机构模型建立及力学分析.153.3上平台的受力分析.153.4支撑杆ACD、ECB的受力分析.163.5支撑杆强度分析准则.173.5.1支撑杆承载能力分析183.5.2支撑杆受弯强度分析183.5.3支撑杆受压强度分析213.6销轴的强度校核.223.7底架的强度校核.233.8横梁的强度校核.243.9抹灰板销轴的强度校核.25结论.26山东商业职业技术学院1摘要我国建筑业需大量抹灰工作，因此抹灰施工一直保持着在建筑装饰工程中的重要地位。

目前，国内建筑市场上已经出现了用工荒。

一方面，抹灰技术要求高，劳动强度大，工作环境相对恶劣，技术工人越来越少。

另一方面，随着社会的发展机械作业的普遍化，也带来了对抹灰机的需求，这给机械抹灰带来了新的发展契机。

本文设计一种新型高效率的抹灰机构，整体采用齿轮齿条升降结构升降，在抹灰机前端装有料斗和抹灰板，上行过程中灰料从料斗进入抹灰板，实现初次抹灰过程。

到达顶端时料斗下降，同时带动抹灰板转动达到一定角度，在整体下行过程实现二次抹灰过，料斗的上下运动带动抹灰板的转动，实现联动过程。

按照机械设计的一般步骤，对抹灰机构进行整体方案设计和零件设计，并对工作零件进行了必要的校核计算。

关键字：

抹灰机；抹灰机构；联动山东商业职业技术学院2绪论1.1抹灰机发展概论1.1.1抹灰机发展现状抹灰机械作为建筑机械的一种，在上世纪中期随着房地产的兴起而崛起的，在上世纪末的发展步伐较快。

目前西方的发展较为迅速，在取得的一些研究成果中，其中又以美国和日本在这方面的研究工作处于较高的水平。

而中国在这一方处于刚起步发展的水平，还有相当大的市场与发展空间。

因为我国建筑业各种工程特别是民用工程的建筑需要大量抹灰，因此抹灰施工一直在建筑装饰工程中处于重要地位。

随着绿色建筑概念的兴起，人们越来越追求舒适和自然，内外墙以涂料为主的环保型砖石已经成为了主流，为机械抹灰带来了新契机。

尽管现在建筑施工中使用不少自动化设备，但大部分是用于室外作业和地面、屋面修整，用于建筑物墙内面抹灰的还很少见。

在1987年，AbrahamWarszawski提出开发内墙面抹灰施工机械设备的必要性。

1991年Warszawski曾对建筑物内墙面抹平机器人作可行性进行了分析，随后又在1994年提出的内墙面抹平机器人样机TAMIR—TechnionAutonomousMultipurposeInteriorrobot，能够完成抹灰、砌砖和贴瓷砖三种任务。

而我国关于建筑物内墙壁抹灰的研究起步晚，在上世纪八十年代以后，随着房屋建筑商品化的发展，缩短施工周期、提高投资效益已成为房屋建筑的中心环节，因此，对加快饰面机械—抹灰机的研制提出了迫切的要求。

国外对抹灰机研究成果也有一些．如加拿大、美国、英国等．有的采用砂浆喷射方式进行抹灰．有的也是采用液压或气动方式进行升降、行走等运动。

当然，这其中也不乏有较为优秀的产品产生，其中比较著名的是慕尼黑技术大学TomasBock教授研制的模块化的内墙壁作业设备。

目前，市场上销售的抹灰机械一般由两部分组成：

一部分是抹灰机；另一部分配套设备。

国内抹灰机械的研制主要集中在抹灰机部分，其配套设备已有现成其配套设备已有现成产品可供选择。

通过对国内近十年公布的有关抹灰机的专利分析，我国抹灰机的研制现状可归纳为以下几个方面，根据执行机构和抹灰装置的操纵方式，抹灰机一般可分为两种：

一类是手持式抹灰机，其特点是抹灰装置没有固定安装在抹灰机器上工作时工人用山东商业职业技术学院3手掌控抹灰装置。

抹灰装置沿墙壁高度方向上、下移动，沿墙宽度方向左、右移动。

抹灰装置与墙壁厚度方向的相对距离都完全凭操作工人手工掌控。

另一类是机械式抹灰机，这类机器的特点是将抹灰装置安装在机器的立柱或门架上，而立柱或门架则固定在底盘上，整台机器形成一个刚性整体。

抹灰装置借助于升降架可在立柱或门架上上下移动。

通过在使用中发现以上的设计存在许多的缺点:

采用手持式抹灰机存在的主要问题是劳动强度仍然较大，不能起到减轻工人劳动强度的作用，且抹灰质量难以控制。

为解决上述问题大都采用机械式抹灰机。

但是现有的抹灰机存在平整度和表面光泽度达不到国家规定要求的问题，尤其是相邻两个刚抹出灰面不在同一个平面上。

机械传动采用的液压传动易产生脉动现象，抹灰质量难以控制，同样会出现平整度和表面光泽度达不到国家规定要求的问题。

1.1.2抹灰机发展趋势

（1）精度不断提高随着工程建设中混凝土的大规模使用,高效率型，现代社会发展高效快速，抹灰机的发展更应该提高效率和质量，对抹灰机的品质要求越来越高,抹灰墙体种类需求越来越多,对抹灰精度要求也越来越高。

传感器和专用电脑技术的采用使得人们的要求得以实现。

同时也推动了搅拌设备计量方式的发展。

（2）智能化控制发展全自动抹灰机，实现更高的智能化是当今机械行业发展的趋势，智能化控制的抹灰机也将会是未来发展的主要产品，人机舒适性，做更适合操作的抹灰机，更加注重自动化。

（3）节能环保是永恒的主题随着人们节能、环保意识的增强,发展绿色节能环保型抹灰机是今后发展的方向。

运用高科技手段解决这方面的问题仍然是任重道远，倡导国家绿色发展的号召，未来的抹灰机应更加注重能源的节省，要求抹灰机的新产品必须是节能型。

（4）符合国家生产规,一般抹灰的允许偏差和检验方法详见表1.1。

山东商业职业技术学院4表1.1一般抹灰的允许偏差和检验方法允许偏差（mm）项次项目普通抹灰高级抹灰检验方法1立面垂直度43用2m垂直检测尺检查2表面平整度43用2m靠尺和塞尺检查3阴阳角方正43用直角检测尺检查4分格条（缝）直线度43拉5m线，不足5m拉通线，用钢直尺检查5墙裙、勒脚上口直线度43用5m线，不足5m拉通线，用钢直尺检查1.1.3课题研究背景和意义在建筑工程中，墙面抹灰是一项必不可少的工序，在建筑工程中就工期而言,装修工程要占总工期的三分之二,就劳力而言则占总量的35%,而抹灰工程一项就占人工总数的15~26%。

在我国长期以来装修落后于主体工程形成拖后腿的局面,拖延了工期,原因在于手工操作,效率不高,一般砖混结构中砖墙面抹灰每100平方米需抹灰工4.75个，而抹灰机的使用则是一个时效性抹灰工具。

抹灰机的工作效率是人工抹灰的十倍，并且能够避免传统抹灰作业中的墙面找平、贴饼，补空填平、刮去多余部分、回收落地会、搭架子、苦脏累等诸多不利因素，这是建筑机械领域的一次革命，结束了千百年来人工抹灰的历史，减少了劳动强度，降低了成本，增加了效益，提高了建筑行业的自动化程度，同时也取得了更大的经济和社会效益。

（1）缓解建筑市场用工荒。

目前，国内建筑市场上已经出现了用工荒。

随着国人整体受教育程度的提高，建筑施工工人，特别是熟练工呈现不断减少的趋势。

一方面，年龄稍大的熟练工人随着体力的下降逐渐退出砂浆施工工作；另一方面，生活相对优越的新一代建筑工人不再愿意进入劳动强度大、工作环境恶劣的人工抹灰施工领域。

因此，技术工人越来越少，施工质量相应越来越差，明显的和现代建筑高质量的施工要求不相符。

机械化施工的出现，降低了劳动强度、改善了施工环境，使抹灰施工相对于其他的建筑施工工种相对优越，能够吸引更多的高素质劳动力介入抹灰施工工作，有利于技术工人队伍的整山东商业职业技术学院5体素质提高。

（2）缩短工期，提高效率。

以抹灰施工为例，根据《上海市建筑工程综合预算定额》，每平方米施工需要0.226个人工，即人均抹灰35平方米／天（8小时工作制）。

以6个大工、4个小工为例，单个工作日施工效率为：

35x6＝210平方米／工作日。

同样的工程，如果机械化施工来算，根据25升／分钟来算，即每小时1.5立方米的排量，若抹灰厚度1.5公分，连续喷涂率80％，两人放料，两人喷涂，6人抹平收光，机械化施工的日工作效率为：

1.5÷0.015×8×80％＝640平方米／工作日。

简单的计算，机械化施工的工作效率至少是人工施工的３倍以上。

施工效率的提高不仅带来了经济效益，而且大大缩短了建筑工期。

（3）节约费用，降低成本。

一是节约建筑机械费用。

现在建筑施工用的灰浆和砂浆的输送主要靠手推车、吊机。

据统计，一般4000平方米左右的宿舍楼，使用机械喷涂抹灰，约可节省一台井子架和卷扬机，由于机械占用时间短，周转快，能节约上万元机械费用。

二是减少浪费。

根据实际施工经验，在运送灰浆的过程中，落地灰至少在5％以上。

三是减少水泥用量。

机械喷顶时，可省去一层素水泥浆，一般宿舍楼每平方米约需３千克水泥，一幢9000平方米的住宅楼，约可省用27吨水泥。

四是简化施工工序。

对加气混凝土墙可直接喷灰，省去以往采用的外挂钢丝网和一道DG胶。

机械化施工砂浆一般不需要基层洇水，省掉一道工序，节约用水。

（4）提高建筑质量。

机械化施工操作性能好，使用时可靠性高，落地灰少，喷涂时布料均匀；喷涂的压力一般在0.5Mpa以上，压力大，附着力强，粘接牢固，没有空鼓、裂缝与脱皮现象；密合度高，不易于脱落。

（5）满足特殊施工需求。

随着现代建筑技术的高速发展，人工施工已经不能完成很多的诸如灌注、修复等的施工要求，使用机械化施工则可以简单实现。

1.2本课题的主要设计任务及参数鉴于国内的抹灰机市场情况，此课题决定研发一中新型的高效抹灰机。

首先解决的是市面上普通抹灰机的粗糙漏浆问题；解决墙顶缝隙处难涂抹的问题，使整个过程实现自动化；考虑经济成本问题，以及施工地点的恶劣环境采用简单机械联动装置代替繁琐的自动化控制系统。

本课题设计的抹灰机原始技术参数为：

1）抹灰的厚度：

30.0mm；2）抹墙的最高高度：

4.0m；山东商业职业技术学院63）单次抹墙最大宽度：

0.8m；4）装载水泥料斗的提升速度：

不小于6.0米/分钟；装载水泥料斗的下降速度：

不小于6.0米/分钟本文主要是抹灰装置的设计，具体设计任务：

（1）抹灰机机械传动总体的结构设计；

（2）完成抹灰机抹灰装置的机械结构设计，主要包括：

料斗机构，抹板机构；（3）对抹灰装置进行受力分析和强度校核。

山东商业职业技术学院72抹灰机构方案和结构设计2.1抹灰机构整体设计根据实际施工情况，抹灰机的设计应满足如下技术要求：

整体结构简单易操作，能够抹灰到墙面顶部，保持垂直度和平面度。

为满足整体设计要求，对于抹灰机进行整体构思，最终得到的如下的抹灰机构方案。

整个抹灰机构由内外撑杆、连杆、抹灰板、底架、料斗、气体弹簧组成。

当料斗装满水泥灰时，内撑杆在气体弹簧的支撑下支撑料斗达到预定位置，并能够支撑起箱体保持位置不变，同时箱体带动内外撑杆向上运动，外撑杆通过连杆拉动抹灰板转动实现连动过程，达到与墙面成30°的位置，实现抹灰的上行过程，完成抹灰的上行过程，当整个箱体到达最高位置时，料斗到达最高处顶连架，受压向下运动，同时撑杆受到箱体压力绕杆的中心下移，同时外撑杆的一端沿滑道朝前运动，通过连杆带动抹灰版转动，当箱体到达最低位置时，抹灰板处于与墙体成-2的位置，在料斗受压向下运动的过程中，气弹簧受压收缩并转动，当达到最低位置时，压过气弹簧死点位置，实现自身的锁止，完成顶部抹灰过程，通过整体朝下移动，抹灰板与墙面压紧，在下行过程中，达到抹平整个墙面的效果。

抹灰装置的三维效果示意图如图2.1，抹灰装置的结构示意如图2.2。

（a）撑起状态（b）下降状态山东商业职业技术学院8图2.1抹灰装置的三维效果示意图1-底架；2-抹灰板；3-箱体；4-支撑杆；5-连杆；6气弹簧图2.2抹灰机构整体结构图2.2抹灰机料斗设计目前市面上的抹灰机存在盛灰量不足的问题，这就造成了在施工过程中需要工人二次上灰的操作，浪费了人力，造成了操作不变，不能很好地体现机械施工的方便性，为此增加了料斗的整体设计，料斗外形的选择，目前大多数抹灰机的料斗为翻转式，翻转式料斗的最大问题就是翻转过程中稳定性不够，易发生晃动，为此选择使料斗能够垂直升降的得方案，这大大增加了抹灰料斗升降的稳定性。

在料斗的下部选择用左右各一根角钢焊接成支架，同时料斗的最后端有铰接孔，在两边的角钢安装有滑道。

按照实际施工情况，抹灰高度最高为4.0m，抹灰厚度30.0mm，水泥灰密度为2000.0kg/m，计算料斗的体积：

340.030.080.096Vm本课题设计的料斗的长度为800.0mm，宽度为500.0mm，高度为400.0mm。

实际施工过程中，为使灰料能够靠重力下降，经过实际的实验验证当料斗内底板最低需要与水平面呈27°，料斗内的水泥灰可以在重力的作用下下降，经过计算。

3（100400）500/20.12sVmSVV因此尺寸符合设计要求。

料斗结构示意图如图2.3。

山东商业职业技术学院91-料斗，2-料斗架图2.3料斗装置图2.3支撑杆设计为了实现料斗上下升降的运动过程，本课题选择了内外支撑杆剪叉式升降的结构形式起升后有较高的稳性，较高的承载能力，作业效率更高，更安全，支撑杆结构图如图2.4。

支撑杆分为内支撑杆和外支撑杆，内外支撑杆在中心处通过销轴连接，内外支撑杆是主要的承重机构，也是料斗升降的主要动作机构。

内支撑杆的一端与底架铰接，另一端在与料斗角钢支架上的滑道通过滑块相连接，外支撑杆一端与料斗后端的铰接孔相连，另一端与连杆连，并且连接到底架滑到上的滑块。

料斗的宽度为458.0mm，为使料斗平稳升降，选取内外支撑杆的长度为458.0mm。

图2.4支撑杆结构图2.4连杆的设计计算连接杆起到连接抹灰板和支撑杆的作用，当箱体上升时，支撑杆通过连杆带动抹灰板转动，使抹灰板转到与墙体30°的位置，进行抹灰上行过程过程，在上升过程中，连杆给抹灰板一个支撑力，使抹灰板保持初始角度不变实现初次抹灰过程，当到达顶部是，料斗下压，支撑杆滑动给连杆一个推力，从而带动抹灰板转动，达到与墙体几乎平行的位置，实现二次抹灰过程。

连杆结构图见图2.5。

山东商业职业技术学院10图2.5连杆结构图2.5横梁的选取横梁安装在两个内支撑杆之间，同时在横梁的一侧均布有四个耳板，用于连接气动弹簧，横梁是是整个支撑部分的主要受力部分，并将力传递给支撑杆，从而使料斗能保持稳定位置，同时当料斗到达最低位置时候，衡量主要承受来自弹簧的横向支撑力。

横梁的示意图如图2.6。

图2.6横梁2.6底架的设计底架是整个抹灰机构的载重部分，在底架的内侧最后端左右分别安装有耳板，内支撑杆与耳板相连，在底架的内侧两边分别安装有两个滑道，底架的最前端安装有两个耳板与抹灰板下端相连。

为了减轻整体抹灰结构的重量，选取四根两两长度相同的角钢焊接而成。

底架的结构如图2.7。

图2.7底架结构图2.7滑道的设计计算支撑杆受到弹簧的支撑会有一个向上的运动趋势，为了实现支撑杆在底架上沿直线滑动从而实现联动过程，选用滑道滚子的结构方式，在料斗两侧的角钢上分别安装有滑道，内支撑杆通过销轴与滑道内的滑动轮相连，在底架部分外支撑杆和连杆通过销轴与滑道的山东商业职业技术学院11滑动轮相连，同时在滑道内安装有限位装置，起到限制滑动轮的运动位置，从而决定料斗的最大上升位置。

滑道滚轮如图2.8。

图2.8滑道滚子图2.8气体弹簧的设计计算为了使料斗达到预定位置且能够保持稳定，选择用气动弹簧来实现这个过程。

气弹簧是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的工业配件。

它由以下几部分构成：

压力缸、活塞杆、活塞、密封导向套、填充物（惰性气体或者油气混合物），缸内控制元件与缸外控制元件（指可控气弹簧）和接头等。

原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动。

由于原理上的根本不同，气弹簧比普通弹簧有着很显著的优点：

速度相对缓慢、动态力变化不大、容易控制；缺点是相对体积没有螺旋弹簧小，成本高、寿命相对短。

与机械弹簧不同的是，气弹簧具有近乎线性的弹性曲线。

标准气弹簧的弹性系数X介于1.2和1.4之间，其他参数可根据要求及工况灵活定义。

气弹簧结构见图2.9。

图2.9气弹簧2.8.1气弹簧角度的选取气弹簧尾部固定在底架上，另一端固定在用于连接两个内撑杆的横梁上，气弹簧的竖直方向支撑力随着角度的增大而增加，为此在可选范围内最大程度的增大角度，由于气弹簧压下最低位置时，气弹簧的管长需要一定的空间，所以需要选择合适的角度。

当料斗在最低位置时候气弹簧的管长最大尺寸400.0mm，此时气弹簧的另一端安装在中心销轴处。

当料斗达到坐高位置时，为了尽可能地增大竖直方向的力需要达到最大高度，所以选择气弹簧的倾斜角为30°此时选用气弹簧的中心距为400.0mm。

气弹簧的位置变化如图2.10。

山东商业职业技术学院121-最高位置2-最低位置图2.10气弹簧位置图2.8.2气弹簧力的选取经过计算料斗内的水泥灰的重量为196.0kg，为了达到能够支撑起整个料斗选择气弹簧的总支撑力为4000.0N,查气体弹簧的型号表，当中心距为400.0mm时，气弹簧的支撑力为1000.0N,为此选择四根气弹簧，均布在底架和横梁中间。

2.9抹灰板的设计计算抹灰板是抹灰过程中最主要的工作部分，当整体上升过程中，抹灰板与墙面成仰角位置，当料斗中的水泥灰料进入抹灰板时，随着抹灰机的上升，抹灰板将灰料压实在墙面上，当整个机构到达最顶部时，料斗下压，同时带动支撑杆推着连杆使抹灰板转动，使抹灰板与墙面成仰角，并保持仰角位置不变，整体下滑过程实现二次抹灰过程，从而使墙面光滑。

本方案设计的抹灰板的长度为800.0mm，厚度为2.0mm，为实现能够抹灰到墙顶最高处的要求，设计的抹灰板高度为400.0mm，这样当抹灰板从仰角变为俯角的过程中，不会因为料斗的体积太大而影响抹灰板的抹灰过程。

抹灰板结构见图2.11。

图2.11抹灰板结构图2.9.1抹灰板倾斜角度的选择当抹灰板开始翻转时，料斗就无法继续向抹灰板中继续输送水泥灰，此时距离墙顶还有一段距离，这就要求，在抹灰板中的水泥灰足够满足抹灰到墙顶的要求,即J三角形区域的面积大于I区域矩形的面积。

抹灰板的角度如图2.12。

山东商业职业技术学院13m210.03Vm20.140.3/20.021JVJIVV经过实验论证，当抹灰板选用该角度时能保证达到抹灰到最高处。

I-所需抹灰量J-抹灰板与墙面面积图2.12抹灰板角度2.9.2抹灰板挡灰装置在抹灰过程中，为了防止抹灰机的漏灰现象，需要在抹灰板两端添加挡灰板，挡灰板固定在底架上，能够实现防止漏灰现象，同时抹灰过程中，当抹灰板下行过程完成后，由于抹灰板的刮擦，会造成已经抹好的灰面产生刮痕，所以在一侧挡灰板上添加横向抹灰板用于抹平刮擦划痕。

抹灰板挡灰装置安装在底架的两端，如图2.13。

图2.13挡灰板3抹灰机构的计算与校核山东商业职业技术学院143.1抹灰机构的整体受力分析料斗的升降靠的是通过销轴将内外支撑杆杆件连接，使杆件能绕着销轴旋转实现升降，对抹灰机构的研究有很多种方法，最常见的方法是杆组分析法，料斗起升机构的受力分析和运动分析的方法。

利用这种方法对气动弹簧以及起升机构类型进行分析。

将杆组分解，最终将其转化为特定杆组的分析。

杆组分析可以简化结构，节省时间、提高效率，计算结果准确可靠。

在受力分析时，要知道构件所承受的载荷，不仅仅对抹灰机构的动力性能有影响，同时也会影响到升降构件形状以及尺寸大小的选择。

在分析的过程中只需进行静力学方面的分析，这样既可以简化问题，又能做到满足分析的条件。

杆组构件部分的受力情况分析主要包括两种方式：

图解法和解析法。

这两种方法的主要特点是：

前一种简单、方便、直观、精确度较低；而后一种方法的主要特点是计算量较大、与之对应的精确度相应提高。

强度分析的计算中。

基本是由底座、起升机构以及料斗这三部分组成的。

起升时，起升机构是最主要的受力部件。

3.2抹灰机构模型建立及力学分析图3.1支撑杆受力分析图如图3.1支撑杆受力分析图所示，该结构用于料斗的起升及支撑，抹灰板的翻转过程。

在整体的受力分析过程中，当料斗处在在高位置时候，支撑杆受力最大，最容易发生变形以交叉支撑杆ACD和ECB为研究对象进行力的分析,图中ED表示抹灰机构的底架，AD和EB表示支撑杆，两根支撑杆在C点处通过销轴连接，B和D点固定，A和E点可以沿X轴移动,E通过连杆与抹灰板相连，实现整体的联动。

山东商业职业技术学院153.3上平台的受力分析通过模型计算获取对于料斗的重心位置，料斗重力值为G，对于料斗进行受力分析,料斗承受下侧支撑杆的支撑力，受力示意图如图3.2。

图3.2箱体受力分析图=0yF1202yGFF（3.3a）0M10.50.2502GF（3.3b）经过计算得：

N12500.0yFF3.4支撑杆ACD、ECB的受力分析上述分析是在理想状态下进行，并作了以下简化：

不考虑惯性力的影响；不考虑偏载；剪叉臂的重心为对称中心C点。

气体弹簧力已知，然后对每个构件分别列出它们的受力平衡方程以及力矩的平衡方程，再求解方程得到各铰