基于传统美缝枪的功能优化研究

王书乐　唐鹏博　杨宁

摘  要：目前用于家装场地的美缝胶枪还是以传统的机械结构为主，以人力和经验来控制出胶量，并且功能单一，需要将工序分为多步分别进行，操作时加大了对熟练度的要求以及体力的消耗，并且在常规的家装施工现场不能保证不会出现需要二次清理的情况，进而可能影响到美缝剂的填充效果。为解决以上问题，设计了一款多功能高效美缝枪，将电动填充、可旋转自适应压缝结构集成在一起，可以在单人操作下将填充、压缝一次性解决，避免出现材料浪费、时间浪费等问题。与传统工艺对比，该设计在美缝效果及时间、成本控制上达到了更好的效果。

关键词：美缝枪；电动填充；自适应压缝结构；集成化

中图分类号：TP273+.4    文献标识码：A    文章编号：2096-4706（2023）20-0165-05

Research on Function Optimization of Traditional Sewing Gun

WANG Shule， TANG Pengbo， YANG Ning

（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou  253034， China）

Abstract： At present， the sewing glue guns used in home decoration sites are mainly based on traditional mechanical structure， and the amount of glue is controlled by manpower and experience. Moreover， the single function requires the process to be divided into multiple steps respectively to carry out， which increases the requirements for proficiency and physical consumption during operation. It is not guaranteed that secondary cleaning will not occur in the conventional home decoration construction site， and it may affect the filling effect of suture. In order to solve the above problems， a multi-functional and efficient sewing gun is designed， which integrates the electric filling and rotatable adaptive compression joint structure together. The filling and sewing can be solved in a single operation to avoid material waste， time waste and other problems. Compared with the traditional process， this design achieves a better effect in the sewing effect， time and cost control.

Keywords： sewing gun; electric filling; adaptive compression joint structure; integration

0  引  言

随着人们生活水平的提高及审美观念的改变，瓷砖美缝施工作为一个新潮的话题，不断地吸引更多的客户去深入了解，已是家装工程中不可或缺的一部分。美缝除了防水、防油、防细菌滋生的作用之外，还拥有普通填缝剂所无法达到的美化效果，砌筑美缝美化瓷砖的同时，更加彰显出家中主人高贵的气质及追求完美的品质，因此，美缝胶枪越来越受到人们的广泛使用，电动美缝胶枪具有省时省力、提高工作效率、打胶均匀的优点。

目前用于家装场地的美缝胶枪还是以传统的机械结构为主，并不适合于普通人操作，传统的清理与填充分离的工序安排不仅在一定程度上造成了时间的浪费，并且在常规的家装施工现场不能保证不会出现需要二次清理的情况，且一般人力的清理难以保证砖缝与表面的清洁程度，进而可能影响到美缝剂的填充效果，将压缝与填充分开也会造成二次操作的时间成本的浪费，并影响压缝效果，采用现在的技术难以满足现如今大型精细家装的要求[1]。

现有工艺流程中，需要在完成贴砖后，用毛刷、木条等对砖缝进行清理，防止杂物灰尘等影响美缝剂填充效果，还需用抹布浸湿，擦拭缝隙两侧砖面，再进行填充，并把握好时间，在填充完后及时压实[2]。传统工序较为分散，增加了劳动时间成本，难以保证初次清理之后的清洁效果，且在后续操作时难以保证不会二次污染，因为工序的分散，在填充完毕的部分，可能会被灰尘、碎渣等污染或被其他意外因素污染损毁，不利于后期压缝[3]。

本研究的目的在于解决现有技术中存在的问题，致力于研究一种多功能高效美缝枪，在保证生产成本的基础上提高工具功能性、握持手感、安全性等，并将电动填充、可旋转压缝结构集成在一起，可以在单人操作下将填充、压缝一次性解決，而且可以通过工业智能化实现大规模生产[4]。

1  总体技术方案

本研究的目的在于解决现有美缝技术中存在的各种问题，提供一种多功能高效美缝枪，将电动填充、可旋转压缝结构集成在一起，可以在单人操作下将填充、压缝一次性解决。

基于上述目的，通过以下技术方案实现：

多功能高效美缝枪，包括一个壳体，壳体上连接着一个固定框架，包括下方握持手柄部壳体，以及置于手柄部壳体上方的推杆式枪身部壳体。折板与金属支撑框架、前板之间通过铸模整体灌浇，前板设有两空洞，用于固定自适应压缝球模块，在考虑实用性的同时用金属模块进行加固，并在保证安全性的前提下降低了枪体的整体重量。

多功能高效美缝枪，包括一个自动打胶模块，自动打胶模块包括带动推杆传动模块的电动机，为自动打胶模块以及打胶速度控制模块的电池组，连接推杆传动模块以及打胶速度控制模块的棘轮组，于电动机齿轮端放置垂直于齿轮的单向齿轮组以及其他辅助功能。电池模组选用外接16.2 V（8 000毫安）直流可充电式锂电池，辅助功能包括LED照明系统、齿轮反转过温保护等。

多功能高效美缝枪，包括一个推杆传动装置，推杆传动模块包括两根与胶桶固定架平行设置且贯穿推杆式枪身部壳体的齿轮杆、用于啮合齿轮杆设置的齿轮轴承组齿轮杆的后端设置拉杆手柄，设有防卡死缓冲垫、锁止开关、拉杆手柄，用于齿轮杆复位以及解决由于齿轮杆过度拉伸造成的卡死现象，推杆传动模块整体使用齿轮传动结构增加传动稳定性，以及进程可控制性，通过锁止开关、防卡死缓冲垫、拉杆手柄实现进程重复化。

图1为一个自适应压缝球推进模块，用于给予压缝球压力使其与砖缝贴合，以压实并排出多余胶体，同时依靠框架旋转适应各种角度的操作。

多功能高效美缝枪的充电电池组包括充电接口、供电接口、电池拆卸按钮、蓄电池、电池电量指示灯。

进一步地通过图2中的4连接孔与图1中的3框架相连接，实现自适应压缝部件与自动打胶部件相连接固定后，将图2中的12锂电池插入电池槽后实现通电，旋转图2中的11速度调节旋钮控制电机旋转速度，从而实现打胶速度调节，可调节挡位为1～6挡位，可以实现不同速度打胶，按住图2中的9开关就会按照预设的打胶速度进行打胶，双击图2中的9开关就可以实现巡航定速，通过图2的14电量显示灯可以查看剩余电量数，按压住图2中的13锁止开关后拉动图2中的10拉手可以使图2中的1金属推片复位。

2  硬件技术

2.1  枪体结构

外壳机构为枪形状结构，包括下方握持手柄部壳体以及置于手柄部壳体上方的推杆式枪身部壳体，推杆式枪身部壳体的前部设有胶桶固定架以及推杆传动模块。

胶桶固定架包括与下方握持手柄部连接板、置于连接板两侧端一左一右竖向设置的侧板、置于侧板前端的竖直设置的前板，前板与连接板平行设置，侧板分别与前板、固定板垂直设置，前板设有开口朝上设置的U型槽。

胶桶固定架下方设置承重板，承重板设有两椭圆形口洞，前板设有两空洞，用于固定自适应压缝球模块，同时前板与胶桶固定架的下端位置之间设有一水平设置的金属支撑框架。

金属支撑框架与侧板方向一致，侧板、金属支撑框架的两端分别垂直设置的金属缓冲板，金属缓冲板分别置于胶桶固定架、前板的外侧端面，折板与金属支撑框架、前板之间通过铸模整体灌浇。

此外枪体结构的下方握持手柄部壳体使用人体工学设计，增加握持手感，并在外部包裹上一层塑料保护套，增加握持安全性，整个枪体在考虑使用强度的前提下减轻枪体的整体重量，从而扩大受众范围。

2.2  推杆传动模块

多功能高效美缝枪的推杆传动模块包括两根与胶桶固定架平行设置且贯穿推杆式枪身部壳体的齿轮杆，用于啮合齿轮杆设置的齿轮轴承组。

齿轮轴承组包括置于同一方向的推杆以及齿轮轴承，齿轮轴承置于推杆的内侧位置，齿轮轴承、齿轮杆与侧板的延伸方向一致，齿轮轴承中心部位连接传动电机，传动电机由自动打胶模块控制。

齿轮杆的后端设置拉杆手柄，拉杆手柄内侧放置防卡死缓冲垫，推杆式枪身部壳体设置锁止开关，锁止开关通过推杆结构与齿轮轴承组相连接，按下锁止开关可使齿轮轴承组与齿轮杆暂时分离，按下锁止开关，拉动拉杆手柄可使齿轮杆复位。

锁止开关、防卡死缓冲垫、拉杆手柄用于解决由于齿轮杆过度拉伸造成的卡死现象，齿轮杆前端设置橡胶缓冲垫，橡胶缓冲垫通过单向螺母与齿轮杆连接，推杆传动模块整体使用齿轮传动结构增加传动稳定性，以及进程可控制性，并通过锁止开关、防卡死缓冲垫、拉杆手柄实现进程重复化。

2.3  自动打胶模块

多功能高效美缝枪的自动打胶模块包括带动推杆传动模块的电动机，为自动打胶模块以及打胶速度控制模块的电池组，连接推杆传动模块以及打胶速度控制模块的棘轮组。

电动机为设备提供传动力，于电动机齿轮端放置垂直于齿轮的双向齿轮组，通过双向齿轮组加长轴承连接推杆传动模块所属的齿轮轴承，通过电机旋转带动齿轮轴承旋转，从而产生转力带动推杆产生推力，电机下方连接LED照明系统，电机转动时同时连通LED照明系统产生照明，双向齿轮组可双向转动，当齿轮杆所受推力无法增加时通过中控系统控制电机反转，实现齿轮反转，使齿轮杆自动泄压，加长齿轮设置多级调速齿轮组成打胶速度控制模块。

电池模组选用外接16.2 V（8 000毫安）直流可充电式锂电池，通过观察电池信号灯可获得电池剩余电量。在兼顾电机功率需求的同时，实现电池可循环使用。电机下方设置温度感官模块连接电池组，当电机温度过高时切断电池组供电，实行断电保护。

2.4  打胶速度控制模块

本研究的多功能高效美缝枪将电动填充、可旋转压缝结构集成在一起，可以在单人操作下将填充、压缝一次性解决，在此创新设备内部设置有充電电池组、电动马达装置、助力推杆。

电动马达装置内设直流无刷电机，同时，通过差速器实现多级减速、增加扭力，实现不同客户在应对不同环境下对不同打胶速度的需求，并通过电位器实现调速功能，按照齿轮多种组合速度使打胶速度大概分为六档，便于实现出胶量的控制。

其原理为电机的输出轴安装有主动齿轮，主动齿轮啮合有齿轮减速机构，通过齿轮减速机构能够达成不同配比的达到机械减速、增加扭力的作用，齿轮减速机构的输出轴连接有减速齿轮，减速齿轮的另一端垂直啮合有第一从动齿轮，使水平传动改变为竖向传动，通过齿轮减速机构，实现机械减速、高效增加扭力的作用，从而能够轻松推胶。在能够兼顾多功能打胶的前提下同时将第一齿条与第二齿条平行设置，能够对同一平面进行施力推动，可以更加省力，提高工作效率，减少工作时间[5-7]。

第一齿条、第二齿条的前端分别安装有用于推动胶瓶的推盘，推盘能够增加受力、接触面积，更便于进行推动，第一齿条与第二齿条的后端通过连接盘相连接，使两者进一步实现同步运动。在打胶完成松开开关后，电机会在主控芯片的控制下实行反转，减少其对胶的推力，防止抬起的过程中有胶在推力的作用下挤出，避免浪费与传动轴卡壳等麻烦。

此创新设备的主控制器主要以单片机LM358控制核心，实现设备的基本控制功能，主控制系统原理示意如图3所示。

2.5  自适应压缝球模块

多功能高效美缝枪的自适应压缝球在传统压缝球的基础上实现与美缝枪的集成，在模块顶部放置金属可更换式压缝球，实现基本的压缝功能。在压缝球下方配有结构螺母，可以随时根据不同的工作环境更换压缝球，可以更好地应对不同的工作条件，结构螺母和结构架通过高磅弹簧连接，在实现稳定连接的同时，保证压缝力度，由于弹簧自带弯曲性，可根据使用者的不同工作习惯随意弯曲，进一步突破工作环境的束缚[6]。最底部为连接孔，此模块通过连接孔与墙体连接，减少了由于携带不便引起的麻烦，使用便捷性高。

整体设备3D模拟图如图4所示。

3  使用效果

本研究通過电动机旋转产生推动力，由啮合齿轮组链接齿轮杆提供推动力。在使用过程中通过螺母将自适应压缝球模块与枪体结构相连接。固定好压缝球模块后，枪体外接16.8 V电池，按动复位扳手，拉动缓冲手柄完成整个枪体的组装与调试，如图5所示。在完成枪体组装与调试后，首先轻轻按动开关进行泄力，放入经过预热的美缝胶，按动开关，使齿轮杆顶到美缝枪桶底部可滑动胶圈。

完成枪体前期准备工作后，对需要美缝的地方进行清理与抛光，拿起枪体倾斜45°角按动开关进行打胶，在打胶的同时根据出胶量的多少调节打胶速度旋钮从而控制打胶速度，打胶速度调节具体可分为三种情况，情况一：当胶量明显不能把瓷砖缝填满时，须逐级增大打胶速度，直至胶量稳定至高于瓷砖缝5 mm时停止速度的增加。情况二：当胶量超过瓷砖缝15 mm时应逐级减少打胶速度，直至出胶量高于瓷砖缝10 mm时停止改变打胶速度。情况三：当出胶量位于高于瓷砖缝5 mm～10 mm时为最佳出胶量，实际打胶效果如图6、图7所示。

在完成打胶后，按动锁止扳手拉动缓冲手柄，对拉杆进行复位，完成复位后卸下电池，在经过风干后，用铁铲铲去多余美缝胶完成整个美缝过程。

4  结  论

随着科技的发展与文明的进步，人们美缝的方式也随之更新与前进，从最早的减少瓷砖间的缝隙，到使用简单的涂抹美缝这种手动方式，再到美缝枪的诞生，是一步又一步的进化与革新，而一体化自动美缝枪的发明，更是让其发展朝前迈出了一大步。

砌筑美缝美化瓷砖的同时，更加彰显出家中主人追求完美的品质，因此，美缝胶枪越来越受到人们的广泛使用，电动美缝胶枪具有省时省力，提高工作效率，打胶均匀的优点，只需放入相应的美缝胶，选好速度，按下开关，便无须再管，节省和金钱成本。因为其人性化，有着良好的使用体验，普及后会占据很大一部分市场，并且将继续保持这个上升趋势逐渐代替传统美缝方法。由此可见，一体化自动美缝枪的改进与性能的开发是相当有必要和有价值的。

本创新设备可以在传统手艺的基础上实现自动打胶以及自适应压缝，能够根据不同的打胶环境选择不同的打胶速度、打胶角度，相较于传统的打胶模式施工模式更加自由，施工人员的选择更加广泛，对于施工环境的选择也不像传统工艺一样苛刻，在保证施工效率的同时拓宽了就业面，带动增加就业岗位。另外本设备还可以自动调速，保证打胶更加均匀，减少浪费，降低材料消耗，减少工作时间以及降低了装修成本，使得一物两用，实现了结构简单、设计合理、使用安全性能高、实用性强等积极效果，值得广泛推广和应用。

参考文献：

[1] 陈美鲆.浅析家装设计中的绿色设计 [J].文艺生活（文海艺苑），2018，8：163-164.

[2] 吕美华，丁天华.美缝剂性能研究及施工应用 [J].广东建材，2020，36（2）：16-17+61.

[3] 董志涛.关于环保节能技术在建筑装饰装修中的运用 [J].建材与装饰，2023，1：36-38.

[4] 张军，翟羽佳，苏义坤.工业化建筑装饰装修标准体系的构建 [J].哈尔滨工程大学学报，2018，39（12）：1926-1932.

[5] 夏长亮.无刷直流电机控制系统 [M].北京：科学出版社，2009：55-57.

[6] 黎庆，李苏云.3DMAX设计应用 [M].南宁：广西美术出版社，2014：152-153.

[7] 谭建成.电机控制专用集成电路 [M].北京：机械工业出版社，1998：70-72.

作者简介：王书乐（1992.01—），女，汉族，山东德州人，讲师，硕士研究生，研究方向：教育学；唐鹏博（2000.08—），男，汉族，山东临沂人，本科在读，研究方向：电子信息工程；杨宁（2001.08—），男，汉族，山东枣庄人，本科在读，研究方向：电子信息工程。

收稿日期：2023-03-23