高效自行式混凝土地面抛光机研究

徐仁豪 叶泽成 王公海 姚赟峰

（嘉兴学院南湖学院，嘉兴 314000）

目前国内尚无完全适用于混凝土地面的自行式光整加工设备，现有混凝土地面研磨机仅是去除原有的混凝土表层或涂层，为二次涂抹新的表层做准备[1-2]，研磨之后整个表面不平整、不光滑。有些是将石材翻新机用于混凝土地面磨削，但混凝土地坪在处理时，需要去除的厚度一般都比石材地坪要大得多。对于混凝土地面的抛光，这些设备存在以下几个问题：（1）手推式行进会造成研磨机行进速度不稳定，直接导致研磨不均匀，造成整个表面不平整，且劳动强度大，工人需要较大的力量来推动；（2）加工效率低，现有的混凝土地面研磨机或石材翻新机的每次研磨的宽度不足1m，不适用于大面积混凝土地面的抛光工作，如对于大型车间而言，其加工面积大，这样的加工效率显然不足；（3）更换磨片不方便，需要用力使机器倾斜一个角度才能获得更换所需的操作空间，加大了工人的劳动强度；（4）吸尘效果差，在磨削混凝土的过程中，会造成很大的灰尘，而现有的吸尘装置不能有效吸尘，工作环境很差。

为解决目前市场上这些设备存在的问题，设计一种能够自己行走、抛光效率高、容易更换磨片且带有吸尘装置的完全针对混凝土地面抛光的设备非常必要。

1 自行式混凝土地面抛光机的总体结构

图1 自行式混凝土地面抛光机的总体结构图

自行式混凝土地面抛光机的总体结构图如图1所示。这种抛光机以电驱车体为主体[2]，通过驱动装置推动磨头行走并进行抛光作业，通过液压驱动带动液压缸工作，使磨头能够旋转出足够的空间来更换磨片，通过吸尘装置来完成吸尘工作。此种结构将各功能部件有机地结合起来，使地面抛光作业可以高效率、高质量地进行。

自行式混凝土地面抛光机的工作过程如下：根据现场环境加工效率要求拼装磨头，将各单元磨头的电源线连在电源接口上；同时将各单元磨头上的吸尘接头连接到吸尘转换接口上，使磨头处在固定位置，然后驱动车体，从而带动磨头开始磨削；当需要更换磨片时，停止磨头旋转，通过液压控制系统让油缸推动磨头旋转一定的角度，即可更换磨片，换好后，油缸将磨头拉回到起始位置；然后磨头通电继续磨削。磨头工作时，开动吸尘装置进行吸尘作业。

2 自行式混凝土地面抛光机的各部分结构

2.1 模块化磨头结构及工作原理

2.1.1 单元磨头的结构布局

自行式混凝土地面抛光机的单元磨头结构布局示意图如图2所示，每个磨头是一个独立单元，一次磨削加工宽度在950mm左右，可以将多个磨头拼装起来以获得更宽的加工面积[3-8]。一般可以拼装2～3个磨头，可以根据实际工期拼装磨头，获得所需的加工效率。每个磨头都采用电机带动，经过齿轮传动带动三组磨头同时进行磨削，每组磨头上装有3个磨片，且沿磨头的中心作旋转运动进行磨削加工。三组磨头呈等腰三角形配置，每组磨头的磨削轨迹有20mm的宽度相互重合，以此保证一次加工宽度上所有地方都磨削到位。每个单元磨头设计有联接接头用于单元之间的拼装。磨头所需电源由车体前面的电源接口提供。

图2 单元磨头结构布局示意图

2.1.2 单元磨头的传动过程

单元磨头传动装置示意图如图3所示，由电源接口分出电源到各磨头电机，电机转动通过斜齿轮传动机构带动金刚石磨盘来抛光地面，磨头与动力输出之间的连接轴处需设计橡胶缓冲垫，目的是使金刚石磨削时有柔性，保护传动机构。

图3 单元磨头传动装置示意图

2.1.3 单元磨头的拼装方式

自行式混凝土地面抛光机的两个单元磨头用连接杆拼装后的示意图如图4所示，可以根据实际磨削要求，用更长的连接杆连接3个单元磨头，提高单次行进的磨削效率。

图4 单元磨头拼装装置示意图

2.2 磨头与立柱的连接部分

磨头拼装后，需要与驱动车体连接，从而驱动磨头前进。磨头与立柱的连接示意图如图5所示，磨头与立柱之间设计两根杆，上横杆连接立柱，磨头连接杆连接磨头。上横杆与磨头连接杆之间用板簧连接，目的是实现减振。磨头连接个数不同对应的连接装置不同。

图5 磨头与立柱的连接示意图

2.3 自行式部分

行走部分及固定装置示意图如图6所示。以四轮式电驱车体为基础，在车体前面两侧安装上下两根支撑杆，磨头悬挂于两支撑杆的结合处，在车体的前面底部设计两个弹簧扣合件来固定磨头部分，使磨头避免在快速移动时出现摇摆现象，同时可以使车体的驱动力更有效地传到磨头。

图6 行走部分及固定装置示意图

2.4 磨片更换装置

磨片更换装置示意图如图7所示。在下支撑杆与磨头的连杆上铰接两根活动连杆，两根活动连杆的接头处联接一个油缸[4]，油缸的伸缩会使活动连杆之间的夹角变化，从而使磨头倾斜一个角度，获得更换磨片的空间，如图7（b）所示，然后操作人员手工更换磨片。

磨头更换装置动作过程如图7所示，在图7（a）所示的磨片磨削抛光工作状态中，油缸加压时，活塞杆伸出，首先克服底部两扣合块的约束力，然后推动两活动连杆收缩。这样磨头必然会做旋转运动，转过一定角度，就获得了更换金刚石磨盘所需空间，如图7（b）所示。换好后，活塞杆收缩，拉动活动连杆收缩，磨头克服底部两弹簧卡块的约束力，进入到原来位置，即可继续进行磨削加工。

图7 磨片更换装置示意图

2.5 吸尘部分

在磨削抛光过程中会产生大量灰尘，故抛光机需要安装吸尘装置，如图8所示的是真空吸尘装置，采用吸尘袋收集灰尘。每个磨头上开设有3个吸尘口，用PVC塑料管连接，再用一个吸尘管接头将3根PVC塑料管连接起来，这样每个单元磨头就变成一个接口，同时在两上支撑杆上连接一横杆，如图8所示，在其上面上固定一个吸尘管转换接口，可以设置多个接口。通过软吸尘管把各个单元磨头上的吸尘管接头同吸尘管转换接口连上，最后通过真空吸尘装 置吸尘。

图8 吸尘装置示意图

3 结语

本文所述的自行式混凝土地面抛光机特别适合需要大面积抛光的场合。与现有设备相比，通过采用可拼装磨头提高了加工效率，通过魔头旋转装置可以获得更换磨盘的空间，便于更换磨盘。与电驱式车体相结合，使抛光过程能机械化行走，无需人力推动，减少了工人的劳动强度。采用缓冲装置，可以有效减少传动机构以及其他部件因加工时的振动而失效。这为混凝土地面抛光加工提供了一种新型高效的 加工设备。