简易地砖铺贴机设计

文清平

（四川信息职业技术学院，四川 广元 628000）

0 引言

我国是人口大国，近几年住房需求量巨大，房地产开发的迅猛发展使我国的建筑业得到了飞速的发展。目前室内、室外广场和人行道都需要铺设大量的地砖，地砖的种类及大小规格极多，铺贴基本都是采用纯人工铺设。地砖铺贴过程中通常需要1～2人准备砂浆、瓷砖等，1人进行铺设，在铺设的过程中需要多次重复找正、铺设、敲打等工序，这样的铺设方法施工效率低、劳动强度大，施工的质量不稳定，极易受到施工师傅技术水平的影响，施工成本极高。目前市面上的地砖铺贴机有些只是对铺贴地砖过程中的部分工艺流程起到辅助所用，如北京陶瓷厂试制的地砖铺贴机只是将地砖进行排列[1]，还有一些只对地砖铺贴机进行了部分设计方案的探索，如直角坐标铺贴机中只是探索了机械结构设计[2]，市面上没有全自动化的铺贴设备。为了解决效率低、质量差、成本高、劳动强度大等问题，设计了地砖铺贴机。

1 地砖铺贴机机械部分设计

地砖铺贴机的设计需要涉及到铺贴机前进、沙及水泥浆的铺撒、地砖的铺贴、找正、压实等方面。该地砖铺贴机在设计中选用步进电机通过同步带驱动后轮带动铺贴机运动，通过料斗和刮沙板将河沙刮平并铺设水泥浆，利用气缸和真空吸盘实现地砖的搬运，使用振动电机将地砖压实。使用铺贴机将整个铺设工艺流程都自动化了，只需要添加原材料即可。

所设计的地砖铺贴机为小车状，如图1所示，车身下部装有动力机构控制小车的前进，前部装有料斗，中间部分是料仓，后部中间部分是电气控制部分，上部是气缸等铺贴机构。

图1 铺贴机结构图

由于地砖铺贴运动基本都属于直线作业，只需要设计小车的前进运动即可[2]。地砖铺贴机样机车身采用40系列铝合金型材及其配件进行制造，设计的下车的尺寸是70 cm×110 cm×50 cm.为了保证铺设的地砖的水平度，在小车的4个轮子与车身的连接处都设置了升降杆和水平仪用来调节车身的水平状态。

地砖铺贴机的前端设计了两个料斗：第一个料斗中装河沙，下设开料板控制河沙的铺设，料斗后端的刮料板12负责将河沙刮平；第二个料斗中放置水泥浆，将水泥浆均匀的铺洒在河沙上。

上料台部分设计了活动挡板，可以调节挡板的间距适应不同大小的地砖，该验证及设计的活动挡板间距为65 cm，最大允许铺设的地砖尺寸为60 cm.如需要铺设更大的地砖，只需要将车身加宽，使用更大尺寸的挡板和吸盘。

采用2个气缸来实现地砖的铺贴动作，其中升降气缸5选用MA20X150实现地砖铺贴中的上下动作，前后气缸6选用MA25X300来实现地砖的前进动作，真空吸盘3选用SAF-50来拾取地砖。依靠升降气缸5上的震动电机4来实现地砖的贴实，避免地砖铺贴过程中出现松动和空鼓现象，气动控制原理图如图2所示。

图2 气动控制图

2 电气设计

在该设计中选择单片机作为控制器，单片机虽然功能没有PLC强大，编程难度也比PLC大，但其价格便宜，适合于大面积的推广。样机试制中我们选择了AT89C51单片机，该单片机价格低，应用极为广泛。

驱动机构选择步进电机。步进电机通过同步带和带轮带动小车的后轮前进，选择步进电机通过同步带来驱动小车的后轮，这样可以防止弹性滑动、打滑等，提高铺贴的质量和精度。样机中选择了法耐克MD542步进驱动和F-57BYG1832步进电机，该套装中步进电机的扭矩为3.2N·m，已经满足样机的要求[3]。步进电机通过单片机发出的脉冲数控制小车的前进距离。

在设计中需要注意电源电压的转换。我国的电网电压是220 V，单片机和步进驱动器控制电压是5 V，步进电机需要的电压是24 V，为了实现不同电压需求，电路中使用了两个变压器。为了实现单片机能够控制气动电磁阀，选用了TELESKY的4路光耦隔离继电器驱动模块来进行控制电压的转换。单片机经过运算，输出控制信号控制光耦继电器，光耦继电器接通电磁换向阀的24 V电源，从而控制气缸和振动马达，电气控制图如图3所示。

图3 电气控制图

3 单片机程序设计

地砖铺贴机的工作流程为：步进电机驱动后轮带动小车前进到达需要的位置后停车，升降气缸下降到达拾取地砖的位置，接通真空发生器拾取地砖，升降气缸收回，前后气缸伸出到位，升降气缸下降，震动马达接通，延时10 s，震动马达断开，升降气缸抬起，前后气缸收回，小车前进[4]。

为了实现整个工作流程，用C语言编写了单片机的控制程序，以下为部分程序源码[5]：

void main()

P0=0x00;

while(1)

{

if(P1==0x02)//顺时针

{

time1();

if(P1==0x02)//判断是否为误操作等待time1还为高电平则执行逆时针

{

P0=0x00;

PLS2=0;

DIR1=1;

DIR2=0;

pls12();//发送脉冲，定义方向正转

}

}

4 验证效果

根据以上设计，完成了该地砖铺贴机样机的试制，如图4所示。使用样机铺贴60 mm×60 mm地砖4 h后，计算贴砖数、人工成本并对所帖地砖进行检验得到如表1所示的铺贴效果。可见，使用样机铺贴极大的提高了生产效率，降低了铺贴成本并提高了铺贴质量。下一步将会将其推向市场。2015（06）：31-32.

图4 地砖铺贴机样机

表1 地砖铺贴机效果