基于单片机的石子铺装小车的设计

李彪 赵希超

摘要：为了完成钢箱梁桥面的石子铺装工作，设计了基于单片机控制技术的石子铺装小车。该小车主要由车身、振动布料装置及控制系统等部分组成。其中，车身采用步进电机驱动；振动布料装置主要采用的双电机带动偏心块同步反方向转动，产生的激振力传递到料槽上，通过料槽的振动把石子铺装到桥面上；控制系统以单片机为核心，通过传感器等辅助部件，可实现小车的行走速度和料斗出料速度的控制等功能。该小车具有稳定可靠的性能，提高了效率，减少了石子铺装成本。

Abstract： In order to finish the stone pavement on steel-girder bridge deck， the stone pavement trolley has been designed base on the SCM control technology. The trolley is mainly composed of the body， vibration feeding device and control system and so on. Among them， the body is driven by step motor； vibration distributing device mainly adopts the principle that the double synchronous motor drives the eccentric block to rotate in the opposite direction， then the excitation force is transmitted to the trough， and through its vibration， the stone is paved on the bridge deck； the control system is with single chip microcomputer as the core， and through the sensor and other auxiliary parts， can realize the walking speed and the discharge speed control function of the trolley. The trolley has a stable and reliable performance， improves efficiency， and reduces the cost of paving stones.

关键词：单片机；振动结构；激振力；小车

Key words： single chip microcomputer；vibration structure；exciting force；trolley

中图分类号：TH237 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）01-0116-02

0 引言

钢桥是我国主要的桥型之一，其中钢箱梁桥的应用比较广泛，钢箱梁桥有重量轻、抗弯和抗扭刚度大、安装迅速、跨越能力大等优点，在城市立交桥、大型跨江海桥梁工程中应用广泛。

在钢箱梁桥的建设过程中，钢箱梁桥搭建好以后，进行桥面铺装的工作，尤其在大跨径的钢箱梁建设中，桥面的铺装工程极为重要。桥面的铺装的好坏直接影响到行车的安全性、舒服度、桥梁的寿命、社会效益，桥面铺装的好坏成为评价钢箱梁桥的建设的成功与否标准之一。在桥面铺装的过程中，要先在桥面上铺装上一层石子，然后在石子上铺上环氧沥青混凝土[1]。尤其是在石子的铺装过程中，石子铺装的效果要达到单层、均匀、无间隙。随着科技水平的迅速发展，各种生产的自动化水平越来越高，但现在国内石子的铺装，主要采用人工铺装，这种铺装方式精度低，生产成本高，耗费大量人力和物力。而且随着生产工作环境越来越复杂化，这种人工铺装的方式已经不再合适。针对以上情况，我们设计了石子铺装小车，满足了生产需要，该石子铺装小车效率高，石子可以均匀、整齐、无间隙地铺在钢箱梁的桥面上。

1 石子铺装小车的主要组成

石子铺装小车主要由车身、振动布料机构及控制系统等部分组成。车身采用步进电机驱动，通过链传动的方式带动车轮转动来实现小车的行走。料斗通过两个气缸[2]控制阀门的开关来控制石子的流量。石子铺装小车的振动布料机构主要采用，双电机带动偏心块同步反向转动，产生合成的激振力传递到料槽上，通过料槽的振动，实现石子的铺装。控制系统以单片机为核心，控制小车的启停，以及通过光电传感器的检测来判断石子是否出现卡槽的情况，来及时调整小车的工作状态。在小车铺装石子的过程中，通过CCD传感器采集石子铺装的图像[3]，进行二值化处理，判断石子铺的是否均匀，如果没有达到预期的效果，通过调节料斗的出料速度和小车的行走速度之间的关系，以达到石子均匀、单层、无间隙的铺装在钢箱梁桥面上。如图1所示，石子铺装设备由车轮、弹簧、步进电机、偏心块、料斗、车架等零件组成。

2 振动布料结构的设计与研究

该设备振动结构主要采取的是电机轴带动偏心质量块高速旋转，通过产生的离心力得到激振力，振动机构采用了两个相同型号的电机，两电机相对于机体纵向对称面对称安装，前后减震弹簧与质心的刚度距相等，转向相反，这样合成激振力作用线通过质心，振动轨迹应为一条位于机体纵向对称面且与水平方向呈一定夹角的直线[4]，在这种状态下料槽的运动应该为直线振动，石子在料槽内沿直线运动并且沿着料槽的宽度方向分散，石子最终在料槽出口端均匀单层分布[5]。

4 结束语

通过机械结构和单片机控制系统的综合设计，石子铺装设备可以广泛应用于钢箱梁的桥面铺装，和以往的人工铺装相比较，石子铺装设备的工作效率高，减少了劳动力，为企业节约了成本。实际表明，该设备可靠性高、反应灵敏、稳定性好。

参考文献：

[1]黄卫，刘振清.大跨径钢桥面铺装设计理论与方法研究[J].土木工程学报，2005（01）：51-59.

[2]路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3]顾一.基于CCD的图像采集和处理系统[D].浙江大学，2008.

[4]彭世德.双电机振动给料机的振动分析及动力学参数计算[J].机械设计与制造，1994（05）：25-27.

[5]李国亮.转底炉均匀布料的离散元模拟及实验研究[D].湘潭大学，2011.

[6]魏泽鼎，樊明，魏国清.振动上料装置的动态研究及电力驱动问题研究[J].机械设计与制造，2008（06）：137-138.

[7]王志宏.单片机C语言程序设计的关键技术[J].科技信息，2009（36）：523-524.

[8]姜宝华，齐强.基于单片机的无线遥控智能小车的设计与制作[J].电子世界，2013（03）：24-25.