基于气压差传送的高效环保路面切割机设计方案

引言

路面切割机设备在路面切割方面应用广泛，其可以分为大型切割机、小型切割机两大类。大型切割机在质量及效率上具有优势，效益较高，市场前景较好；而小型切割机结构简单、携带便捷，对场地无限制要求，具有磨损量小、维修方便等优势。当前，社会各界对机械制造业的依赖程度呈现不断上升的状态，路面切割机[1]的需求也日益明显，对其性能和操控性要求越来越高，现有的切割设备已经不能满足市场需求。

根据相关调查，目前我国建筑产业中使用的切割机设备种类众多、数量庞大，其中路面切割机的磨损将会影响切割精度，往往需要大量时间进行设备维护及修理，其使用寿命也将大大缩减。为此，亟需研制一款高精度、环保节能的路面切割机是。

针对上述问题，设计了一种基于气压差传送的高效环保路面切割机。该切割机是一款集水循环功能模块和防扬尘模块于一体的设备，机械化、自动化、模块化程度较高，相对于国内外的同类切割机，该设备的割缝可自行调节，具有防扬尘、切割后的路面无碎石等优点。路面切割机是一种精度要求较高的切割机械，在切割时，该切割机切割模块中的防尘罩和具有良好耐磨性的切割片，不仅保证了切割精度、切割路面的平整性，其精确的信息反馈系统还确保了设备平稳运行，进而保证了切割的平整、流畅。

1 路面切割机总体方案设计

1.1

整体方案设计

由于市面上切割机的价格和结构有所不同，各切割机的厂家硬件体系也互不兼容，其拆装过程时间各有所异，为了减少不必要的时间浪费，更快进行改装、焊接并进行控制装置的安装，考虑到实际设计的需求和成本，将整体方案拆成多个部分。路面切割机的整体方案设计如图1所示，包括切割机构模块、水循环功能模块、粉末化模块、储能功能模块、防扬尘模块等，该方案优化了整体功能，拆分部件更加便捷，零部件替换更加快捷。

该设计采用PLC[2]为控制核心，PLC控制器具有结构合理、读写速度快、传输精度高和控制稳定等优点，广泛应用于石化、矿山、农业、电工和机械制造等领域，因此基于气压差传送的高效环保路面切割机采用PLC作为控制器进行设计。PLC分为输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。在运行前，会先运行初始化程序，通过上电对各个模块进行初始化，此后会根据程序流程调用各个模块进行循环运行。各个模块主要由过滤器、传送带、粉碎机、液压阀、温湿度传感器、红外测距传感器[3]和储能电池等部分构成。

1.2

工作流程设计

路面切割机的工作流程如图2所示，该装置采用单片机为核心进行信息处理，当设备开始工作时，程序[4]初始化，单片机分别对温湿度传感器、空气质量传感器、红外测距传感器、水位传感器、液压阀进行初始值的设定，并进行数据传输。启动自动程序，通过红外测距传感器显示当前距离值，该传感器可以将驱动集成电路作为一个整体进行特定深度的切割，也可以手动调节机械高度，完成切割工作。该设备可以进行宽度调整，通过液压阀控制伸缩杆运动，到达设定的位置。在切割的同时，温湿度传感器和空气质量传感器实时检测温湿度、空气密度等模拟量，达到一定值，喷水器和负压泵启动工作，喷水器对旋转的刀片进行喷水降温，喷出的水雾及时被负压泵通过曲型水管冷却回收到水箱，水箱中的水位传感器检测出模拟量，将这些模拟量通过传感器转化为数字量，传输到单片机内，经过软件扫描、识别、执行等程序，完成路面切割的工作任务。

2 切割机各功能模块

2.1

切割机构模块

当切割机进行地面切割时，伸缩帘与地面形成一个密闭空间，切割片切割地面时，刀片和地面摩擦产生大量的热，并扬起大量粉尘，安装在防尘罩上的多种传感器[5]可以实时检测这些数据，并把数据传递给PLC控制器。当温度过高时，PLC控制喷头打开，喷水器对切割刀片进行喷淋，降低刀片温度。该切割机可以根据切割范围来控制伸缩杆进行伸缩，在红外测距模块不断反馈下，加大切割深度和宽度，达到切割效果。切割机构模块如图3所示。

2.2

水循环功能模块

在设备内部设置有环状水循环结构，如图4所示。在检测刀片上的热量和空气密度后，喷水器喷洒水雾进行有效覆盖，控制灰尘不再扬起，以便刀片更好地切割地面。水雾在负压条件下会随着气流向上升起，慢慢进入水循环结构。水蒸气和水雾的混合体在曲型水管结构中流动，由于水管材料为钢结构和铁结构，可对水蒸气进行冷却液化处理，使水雾聚集，在重力影响下，进入过滤器[6]进行过滤，慢慢流回储水池。在水位传感器作用下，检测、调控箱体始终有足够的水源进行喷水[7]，形成一个循环。该模块可实现刀片的降温、水的回收，具有调控迅速、稳定性强的特点；且在刀片上设有一个喷射口，可实现无人操作，自动进行喷洒，达到高效、干净、彻底的效果。

2.3

粉末化模块

设备可以自动调节刀片切割范围，在切割结束后，会产生大量的碎石块，在密闭环境下，如果不能及时清理，会对刀片及外壳产生极大的冲击力，对刀片和外壳也是一种损伤，于是在刀片后面设计粉末化装置，先是由聚石器将石块进行收集，再经传送带使碎石由低端进入高端，在重力作用下，碎石进入滤尘器底端，在螺旋爬升作用下，碎石被运输到上层的粉碎机[8]，在运输过程中，碎石与滤尘器内壁摩擦，进行少量的粉碎，最后进入粉碎机进行粉碎。该结构能有效粉碎大量碎石，切割机经过之后，不再是大量的碎石块，而是经过粉碎机粉末化的产物，具有更高的利用价值。该模块结构如图5所示。

2.4

储能功能模块

由于设备大部分装置需要依靠电力运作，如遇突发停电事件和环境问题，会导致停工问题。因此在设备上加装电池[9]储能系统和太阳能板，在任何环境下，都可以进行有效切割，不会因外界因素造成工作停滞。也可以在闲置时将其放在太阳下面，充分充电，为有效切割提供工作保障。

2.5

整体模块

切割机整体模块包括切割机构模块、水循环功能模块、粉末化模块、储能功能模块，各模块中部分零件均可在市场中购买，该设备在设计时，采用国际标准化参数，部分零件几何参数相关数据基本相同，在拆装时方便更换。与现有零件数据进行比对，计算出该设备模块零件的相关数据，根据相关参数进行三维建模，将得到的各模块三维模型进行装配，完成整体模型的连接，如图6所示。

3 结语

本文结合建筑行业中路面切割机同类产品，对现有路面切割机产品进行研究，采取取长补短的措施，综合考虑，进行改良设计，研制了一款基于气压差传送的高效环保路面切割机。该装置主要用于路面的切割和开槽，拥有高效、环保、自动化等特点，智能化程度较高，有极高的实用价值，其市场需求大，市场前景非常广阔。

在设计方案里，采用模块化设计，将整体方案拆成多个部分，综合运用所需要的数据、结构、原理，对路面切割机的各个模块结构进行了设计，保证运动的流畅性；采用柴油机作为动力源，以传送带为中介，保证切割片、粉碎机、滤尘器、聚石器各机器运行，实现一机多用，提高了机器整体效率，加快了工作流程；并参考专业知识，保证设计方案的可行性、真实性，对路面切割机的制造具有重要价值。

审核编辑：刘清