多功能农用小型上料机的研究与设计

张西顺 童心 李彩霞 孙玉凤

【摘要】针对目前农村室内装修依然依靠人工作业的现状，自行设计了一种多功能农用小型上料机。该上料机主要由伺服电机、运动系统、输送系统、液压系统、控制系统和监测装置等组成，可根据工人的需要，实现工作平台的上升和下降、支撑平板的伸展和收缩、上料机的整体移动和固定、根据程序设置完成自主上料。该机械平稳性好，安全性高，操作方便，工作效率高，制造成本低，具有较好的应用前景。

【关键词】上料机;自主上料;自动控制

Abstract：With the circumstance that the interior decoration still mostly depends on the manual work，I design the multi-function agricultural feeding machine.It consists of the servo units，movement system，transportation system，hydraulic system，control system and the monitoring system.With the combination of all the systems，it can go up and down，extend and contract，move freely，feed material according to the procedure to meet all kinds of the requirement.I believe it will have a bright practical value future because of the advantages such as good stability，high safety level，convenient handling，high work efficiency and the low production price.

Keywords：feeder;automatic feeding;automatic control

引言

在装修行业中，对墙壁的上腻工作量大约占整个装修工作量的50%，整个上腻过程全靠手工完成。特别是对内墙进行上腻过程中，依靠脚手架作为支撑平台，在上料过程中需要多人相互配合，纯人力上料，费工费力，很不方便。近年来，随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对生活要求越来越高，房屋更新建设频度也随之提高，劳动力的费用在加工作业成本中所占的比例也越来越高。节省人力，提高工作效率，成了农村小型建筑工程队迫切需要解决的实际问题[1]。

针对上述情况，本文设计了一款多功能农用小型上料机，可根据装修工人的需要，实现工作平台的上升和下降，支撑平板的伸展和收缩，上料机的整体移动和固定，根据程序完全自动化上料。该机械平稳性好，安全性高，操作方便，工作效率高，制造成本低，具有重要的现实意义和较好的应用前景。

1.总体设计方案

本机器主要主要有伺服电机、运动系统、输送系统、液压系统、控制系统和检测装置等组成。各个系统相互配合能够实现上料机整体运动、脚支固定、工作平台上升下降、自动上料以及支撑板的伸缩。能够满足工人在装修时的基本作业，整体效果图如图1所示。

1.1 伺服电机

该伺服电机采用松下数全数字式交流伺服电机，它作为目前较为成熟的伺服电机能够较好地满足上料机在可编程逻辑控制器（PLC）的控制下完成上料。完全实现上料部分的自动化作业，能够较大程度的提高工人的工作效率，并且可以实现目前室内环境下的正常工作。

图1 多功能农用小型上料机整体示意图

注：1.支腿;2.轮系部分;3.上料输送系统;4.配电箱;5.电机;6.进料箱;7.工具箱;8.触摸屏控制板;9.储料箱;10.千斤顶;11.工作平台。

1.2 运动系统

上料机的运动系统主要包括上料机整体的运动，作为整个机械的行走运动机构，承载着上料机在工作以及不工作时的运动作业。在上料机不工作时，可以将运动系统处于无约束状态下可以人工自由移动，能够灵活的对整个上料机进行放置或者移动，可以方便工作人员将它放置于任何地方。

上料机工作时运动部分主要有驱动电机、轮系部分、信号转换器等部分构成，在上料机需要移动位置时直接利用电信号控制轮系移动，并且可以根据轮子的运动圈速来控制移动的距离，满足在不同位置工作，作业人员可以再作业平台上直接操作位置移动[2]。

1.3 输送系统

输送系统主要包括进料仓、输送装置、储料仓，其中输送装置包括伺服电机、螺杆等机构。在工作人员进行作业之前先将搅拌好的腻子放入进料仓，作业过程中PLC根据储料仓的检测信号，控制输送装置工作，将进料仓的腻子自主输送到储料仓中，实现整个过程中的自动化作业，可以在作业过程中源源不断的供料。以此来减少工人在工作过程中复杂化、高强度的劳动过程。

图2 输送系统示意图

1.4 液压系统

为了避免上料机单一性功能带来的利用率低的弊端，在其上料的基础上增加了由液压系统组成的方便工人作业的操作平台和固定作业时上料机的脚支部分。其操作平台采用目前较为成熟的液压缸作为控制平台上升的动力元件，它可以在人工控制下，根据需要将升降平台上升到所需高度的位置，具有高效、方便的特点。液压式升降平台突破了传统脚手架需要不断上下平台调整高度所带来的不便，节约了大量的劳动时间，提高工作效率[3]。

脚支系统也采用液压系统来控制脚支的伸缩，以满足在工作过程中对上料机的固定以及运动的操作。借助于液压系统可以直接在平台上操作控制面板来完成对上料机的运动和固定，具有方便、快捷的特点，满足了上料机固定作业时的安全性。

1.5 控制系统

上料机在上料过程中为了减轻工作人员的负担，该机采用先进的自动控制系统，可以根据设定的参数直接在作业过程中完成对腻子的上料。其控制系统采用的是西门子公司的可编程逻辑控制器（PLC），它具有产品性能好、应用广泛、适应能力强、容易操作以及较高的可靠性等优点，能够实现高效、精确地工作。

图3 控制系统流程图

1.6 检测装置

为了精确地控制各部分的操作，在各个部位安装不同的信号检测装置，依靠每个部位工作方式的不同，将各类传感器安装在恰当的位置检测出各部分不同时段的的信号，传输到控制终端或者显示屏上，根据需要进一步控制机械的作业。例如上料检测，上料机在对腻子上料过程中会时刻检测进料仓和储料仓中腻子的容积，将信号传输到控制终端中。信号会和设定参数进行对比，若储料仓的检测值小于设定值，PLC会自动控制输送系统将进料仓中的腻子输送到储料仓;若进料仓的检测值低于设定值，控制终端会发出报警装置，提醒工作往进料仓添加腻子。通过检测装置和控制系统的相互结合，实现整个工作的自动化和精确化作业[4]。

2.工作原理及产品特点

2.1 工作原理

多功能农用小型上料机利用先进的控制系统，可以自主识别储料箱中腻子的容量，通过可编程逻辑控制器（PLC）自主完成上料，能够源源不断地满足工人用料的需求。在设计过程中采用人机交互原则，可以通过人工控制实现整体平移、平台上升、支撑板伸展等一系列操作，满足工人作业时的各种需要，极大地提高了工作效率[5]。

2.2 产品特点

1）利用先进的可编程逻辑控制器（PLC）作为控制部分地核心，可实现上料过程的完全自主化作业。2）操作人员可以在操作平台对整个机械的运动、上料、升降等进行操作，提高了工作效率。3）操作系统直接运用触摸式输入模块，对作业人员的文化水平要求较低。4）上料机还可以横向伸缩支撑板，对房顶进行装修时可以躺着作业，减少了工作人员的疲劳强度。5）上料机属于中小型机械设备适用于大中小型房屋的室内装修。

3.总结

多功能农用小型上料机将控制系统与机械系统相结合，满足该机械在装修过程中的半自动化作业，能够在控制系统的控制下实现对储料箱内腻子容量的检测，并根据设定的储量自动完成上料;同时能够实现平台升降、整车移动与固定。本文设计的多功能农用小型上料机成本低、体积小、性价比高、节省人力、性能完善、安全可靠、操作简便，适用于农村小型建筑队使用，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]李艾民，陈飞，王磊磊.新型上料机升降装置的设计[J].重运输械，2009（11）：26-28.

[2]谢逸泉.一套自动上料机构[J].现代机械，2001（02）：24-25

[3]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010：195-199.

[4]王小爱，宁煜.农村小型上料机传动系统设计[J].陕西科技大学学报（自然科学版），2012（02）：53-55.

[5]陈立周主编.机械优化设计方法[M].冶金工业出版社，2005：335-339.

作者简介：张西顺（1990—），男，山东菏泽人，大学本科。