CN101927238B - 循轴式擦涂头 - Google Patents

Abstract

一种表面擦涂头，尤其是用于擦洗设备或涂刷设备的工作主件，其工作原理是：机头架带动悬臂杆运动，悬臂杆借助擦涂线的拉力锁控和悬吊循轴并带其随动；循轴支撑擦涂线形成连续螺旋体，螺旋体随循轴的翻转而旋转；螺旋体的旋转形成对目标面的剪切式擦摩，或将目标面上的污物带走，或将自身携带的涂料抹于目标面上；循轴在悬臂杆的牵引下产生横向变形，形成各种平面或空间形状，使擦涂线贴紧目标面，同时循轴还利用自身的抗弯能力支撑螺旋面贴紧目标面。

Description

循轴式擦涂头

本发明涉及一种表面擦涂头，尤其是用于擦洗设备或涂刷设备上的工作主件；它是属于清洁设备的一个擦洗触头，同时也可用于涂刷设备的涂抹触头。

技术背景：

目前，常见的表面擦洗或表面涂刷设备，大都使用旋转触头或履带式触面，适宜平面作业，但在施工起伏弯曲表面时，就会力不从心。

发明内容：

1、本发明公开一种表面擦涂头，它利用柔性环形循环轴作为柔性擦涂线缠绕的载体，使柔性擦涂线形成螺旋体随循环轴翻转和旋转循环，使螺旋体上的擦涂线也在不断更新；擦涂线在循环轴的支撑下沿被擦涂物表面做相对旋转剪切，或将目标物表面上的污渍擦拭干净，或将自身携带的涂料涂于目标物表面上；环形循环轴以其柔性特点，对平面和流线型表面都有很好的适应性，擦涂线在其引导下与目标面紧密贴合，有效工作。

2、本发明的表面擦涂头，由机头架、悬臂杆、循环轴、擦涂线(图1)等组成。该循轴式擦涂头，是用作表面擦涂机械与目标面(被擦物的表面)接触的一个作业部件。

本发明所谓的擦涂，其一是指将目标面擦洗干净，其二是指在目标面上涂抹物质。循轴式擦涂头，是擦涂机的一个独立工作单元；一部擦涂机上至少要有一个擦涂头。

机头架：

机头架是一刚性托架，它是擦涂机械的前端作业部件，作用是通过悬臂杆支撑环形循环轴(简称循轴)并引导其行进的方向。

机头架的上位设备是擦涂机械的机架、动力系统、擦涂线处理设备等其他功能部分，其下位设备是悬臂杆、循轴以及擦涂线等。

根据需要，可将机头架做成相对上位设备有一定旋转或转动角度的类形；也可将机头架做成与擦涂机机架连体的形式。

悬臂杆：

悬臂杆是一安装在机头架上的刚性杆(图2、3、4)，可相对于机头架伸缩或旋转，其尾端安装凹槽轮及液体输入输出设备等；悬臂杆用以承载和引导擦涂线循环运行，通过擦涂线的拉拽或悬吊确定循轴的空间位置。

悬臂杆以两条为一组(简称悬臂组)，负责一段循轴上的擦涂线的导入和导出(图5)。悬臂杆为空心杆，兼作擦涂线以及擦涂液的导入和导出通道；也可做成实心杆，另外捆绑一条空心管(图6)，以用作擦涂线以及擦涂液的导入和导出通道。根据工作需要悬臂杆还可以做其它变形，比如槽型等其它截面形状的杆，以利于包藏擦涂线和液体管道。

悬臂杆在受到目标物表面(简称目标面)反力等外来作用力时，会相对于机头架伸缩或旋转，牵动循轴发生变形，以适应目标面。根据需要，也可将伸缩和旋转两种功能集于一身，同时还可再作其它变形。

悬臂杆下端设凹轮，凹轮是擦涂线导入、导出循轴的拐点部件，同时它又是悬臂杆和循轴之间的传力的过度部件。

凹轮分为单槽轮和多槽轮多种(图19)。擦涂线置于凹轮槽中，缠绕循环轴的输入或输出位置被固定；同时擦涂线在后台或安装在机头架上的牵拉设备牵引下，借助凹轮的支撑勒住循环轴并依序缠绕其上。

循环轴：

循环轴(循轴)是一环形柔性轴(图7)，是擦涂线缠绕的芯轴和载体，它靠擦涂线的拉力和悬臂杆凹轮的间接挤压，悬吊于悬臂杆的底端；循轴在工作中起支撑架作用，同时使擦涂线贴紧目标面。

循轴是柔性材料制成的截面为圆形或外轮廓为圆的闭合环(图8、9)，具有一定的横向抗弯能力，用以支撑擦涂线形成以循轴为芯轴的螺旋体(图5)，同时又必须有足够的横向变形能力，使自身能随目标面的起伏变化而产生横向变形，以使擦涂线紧贴目标面而有效工作。根据需要，可在其轴心区域设置加力线或加力筋；其表皮区域也可适当设置较稀疏的加力线，以提高其纵向抗拉和横向抗剪能力，但要首先保证它在整体横向上的变形能力。

循轴可以做成空心的，以提高横向变形能力；还可以以空心为中心向外辐射设置小孔，利用空心蕴蓄擦涂液或其他液体物质(图6、16)。

循轴在擦涂线的循环和旋转带动下，产生以自身轴心为芯轴的翻转；同时，因擦涂线缠绕运动时对其产生的沿循轴纵向的剪力的作用，它还产生相对于悬臂杆(或机头架)的循环旋转(图10)，其旋转速度由擦涂线缠绕的轴向剪力和线径大小有关。

循环轴除了靠前述的擦涂线的作用而产生循环和翻转外，还可另外专设驱动设施来实现。首先是按擦涂线缠绕的方式，设置专用的驱动缠绕线和驱动动力，驱动线在驱动动力的带动下主动缠入和脱出循环轴，带动循环轴翻转，同时借助凹轮的支撑(缠入和脱出位置固定)将剪切力，沿循环轴轴向的施出，使循环轴旋转。再就是设置以挤压滚轴和拔出螺母组合形成的驱动设施；以(独立)相互平行的多条挤压滚轴，以循轴为中心且中心对称，形成包围循轴的环形轴阵，包围并挤压循环轴，各挤压滚轴同转动向，主动转动的挤压滚轴(可允许部分挤压轴为被动转动)剪切循环轴产生翻转(图20)；再在挤压轴轴阵两端以挤压轴轴阵中心设置拔出螺母，循环轴穿过螺母，翻转的循环轴经拔出螺母丝牙的轴向剪切，产生由螺母一端进入另一端脱出的循环(拔出)运动；这样循环轴同样产生了旋转和翻转。为增强挤压滚轴的剪切力，可将滚轴表面设置小齿状等构造；将拔出螺母设置成主动转动的形式时，可改变循环轴的拔出速度，螺母的主动转动方向与循环轴的翻转方向同向时，循环轴循环(拔出)运动的速度慢，螺母的主动转动方向与循环轴的翻转方向反向时，循环轴循环(拔出)运动的速度快，螺母固定不动时，拔出速度是循环轴翻转的角速度与螺距(以单丝为例)的积。挤压滚轴和拔出螺母安装在机头架上，既可单独配备动力，也可由后端设备引来动力；当然，输给拔出螺母的动力，有必要设置成几个不同转速，以调节循环轴拔出的速度。为与拔出螺母对应，循环轴也应设置为螺纹式。缠绕在螺纹式的循环轴上的擦涂线，其缠入端和脱出端应与循环轴上的螺纹反向，以循环轴螺纹棚架擦涂线螺旋线圈，形成架空空间，以增加擦涂线螺旋线圈，吸附和储蓄颗粒物质的能力；在此基础上若在配以针对颗粒物质收集的收储设施，方案就更完美。

循轴在若干悬臂组的牵引支撑下，可形成各种平面和立体形状，其平面投影形状可以是圆形、圆角方形或其他随机形状(图11)，适应目标面各种表面形状的需要。同时，一条循轴又在若干悬臂组的分隔下，能够形成不同的功能段；其各段的功能，是同该段的擦涂线的功能相关联的，即不同功能段，使用一条单独的擦涂线。

一个擦涂头，可以有一个或若干个循轴组合而成(图12)。每条循轴又可以相邻的两个悬臂为界分成若干段，悬臂组所在段可设置为功能不同的分区。

擦涂线：

擦涂线是一柔性线，在纵向抗拉，横向可允许有一定的压缩性，具有一定的吸附能力，既能吸附目标面上的污物，又能利用自身的吸附能力携带涂抹材料并将涂料涂于目标面上。

擦涂线自擦涂机的上位处理设备中引出，经机头架上的悬臂杆引导和控制，伸至循轴并缠绕之，然后返回；即擦涂线由一条悬臂杆引向循轴，缠绕循轴若干圈后，再由另一条悬臂杆处脱出循环轴，并顺该悬臂杆返回上位设备中。

擦涂线分段缠绕在循轴上，其各段的缠绕方向一致，各段上的擦涂线线径一致，目的是使自身沿循轴表面形成有序的螺旋体；螺旋体随循轴的翻转时，以自身的强制剪切式滚动(相对目标面)，剪切、吸附目标面上的污物，即在擦涂线的循环缠绕过程中将目标面上的污物擦掉；同样，如果用于涂抹功能时，则有利于将自身携带的涂刷物涂于目标擦涂面上。螺旋体在翻转的过程中，新的擦涂线不断缠入，旧的擦涂线不断解脱出去，从而不断更新。

此外，擦涂线方向一致的缠绕方式，能使循轴获得同向的轴向剪力而循环旋转(图12)，避免造成线圈之间的爬压现象发生。

擦涂线对循轴形成指向机头架的拉力，同时悬臂杆也通过凹轮和擦涂线对循轴施加压力，循轴在擦涂线的牵拉和凹轮(或通过擦涂线间接传递挤压)的挤压下受力平衡；循轴在擦涂线的拉结下，以凹轮为活动铰轴，悬吊固定在悬臂杆下方。

擦涂线分段缠绕的另一目的，是使擦涂线可以在不同的区段形成不同的功能区；如欲将某一段(一个悬臂组)设为清洗区时，就在该段的擦涂线上涂浸清洗剂或清水等物质；如欲将另一段设为涂抹区时，就在该段的擦涂线上涂浸涂料等物质；如果将下一段设为抛光区时，就将该段的擦涂线上涂浸抛光材料等物质或输入干洁的擦涂线等。同理，前述的专施动力之用的驱动设施，也像分段的擦涂线一样，只属于循环轴的一段单独功能区域。

擦涂线在各功能段上缠绕的圈数，可根据需要和循轴的抗弯能力灵活掌握。在多圈缠绕段，在擦涂线的导入、导出端各设置一个凹轮，两凹轮原则上应设于循轴两侧；单圈及单圈以下的缠绕段，因其不会产生缠绕爬圈的现象，同时也因单圈产生的纵向剪力较小而对循轴的旋转影响不大，故导入、导出端各可不设置凹轮，而将两线头并入相邻的凹轮中；若有多段连续设为单圈缠绕，则也应将相邻两段的相邻两线头并入同一个凹轮中；单圈缠绕时，因悬臂杆的间距小，则循轴的横向变形能力稍差。形成螺旋体的擦涂线可以是单股，也可以为多股平行并进。

用一个凹轮同时导入和导出擦涂线的情况下，循轴的横向变形，主要产生在两悬臂杆中间部位；可利用此特点，将两凹轮的中间部位的循环轴段弯曲成较小角度，处理目标擦涂面的角落部位。

非同一螺旋体上的不同功能区段的两股擦涂线同向导入同一凹轮时，导入前两线互相靠拢上行，形成倒V型夹角(图13)，能将该处的颗粒状物斜向上挤压并带走；利用此特点，可汲取和清除目标擦涂面上的颗粒状污物。同理，也可反用此法将颗粒物质施与目标面上。

各区段擦涂线的来源，可以自擦涂机械的上级部件单独输入，也可根据各区功能的允许情况，在机头架上直接转入另一功能区域。

凹轮导入擦涂线时，擦涂线位于凹轮的其中一面，而另一面则是空闲的，可利用该空闲面作为另一螺旋体擦涂线的导出轮。此时，同一凹轮具有了导入导出两种功能(图17)，减少了悬臂杆的用量，同时也省略了两悬臂组之间的间隔，使循轴上的擦涂线螺旋体相连，消除了擦涂盲点。但这种做法，因不同的功能线共用同一凹槽，会使不同的功能液体在凹轮上混淆，影响擦涂质量，故此时的凹轮应选用多槽轮，各不同功能的擦涂线单独使用一个凹槽。

螺旋体如果缠绕的圈数较多，在中间部位循轴的支撑力可能较弱，在中间部位可适当增设支撑轴架来弥补(图18)。轴架的上部结构同悬臂杆，下部结构是将凹轮改换成(平行并列的两个滚轮或滚轴)轴架即可；轴架上可设置多个滚轮，以使轴架能夹住循轴(螺旋体)向上提起。

综上所述，其擦涂头的工作原理(图14)是：机头架带动悬臂杆运动，悬臂杆借助擦涂线的拉力锁住(悬吊)循轴并带其随动；循轴支撑擦涂线形成连续螺旋(体)面，螺旋体随循轴的翻转而旋转；螺旋体的旋转形成对目标面的剪切式擦摩，或将目标面上的污物带走，或将自身携带的涂料抹于目标面上；循轴在悬臂杆的牵引下产生横向变形，形成各种平面或空间形状，承载并支撑擦涂线贴紧目标面，同时循轴还利用自身的悬挑能力(抗弯能力)支撑螺旋面贴紧目标面。

在专门用于擦洗工作时，擦涂线无法带走大颗粒污物；此时，可在机头架上设置毛刷，使之与循环轴对应置于循环轴之外，并赋予旋转动力使之转动，利用转动的刷毛将大颗粒污物驱逐到循环轴的工作区域之外，并集中收集之。

当然，也可再增加大颗粒污物收集设施，使方案更完善。

附图说明：

图1：擦涂头示意图。

表示擦涂头由机头架1、悬臂杆2、循轴3、擦涂线4组成；擦涂头由连接设备与后部(上位)设备相连。

1代表机头架；2代表悬臂杆；3代表循轴；4代表擦涂线；5代表连接设备；6代表固定件；7代表擦涂线由机头架导入悬臂杆，再由悬臂杆(或由悬臂杆上的凹轮)导入循轴；在循轴上缠绕工作后，再经由悬臂杆(或凹轮)反向导出，回到后部(上位)设备中处理。

图2、3：悬臂杆、凹轮、循轴、擦涂线之间的关系图。

8代表凹轮；V1+、V1-代表擦涂线的导入导出的运动方向，若以V1+表示导入，V1-则表示导出；ω代表凹轮的转动方向，它既可正转又可反转，同一擦涂线螺旋体两端的两个凹轮的方向相反，即ω1与ω2的转动方向相反；V2+、V2-代表悬臂杆可相对机头架伸缩，若以V2+表示伸出，V2-则表示缩回；F表示悬臂杆对擦涂线的施力方向，Fx1、Fx2表示对同一螺旋体上的擦涂线横向施力且方向相反，Fy1、Fy2表示对同一螺旋体上的擦涂线竖向施力且方向可能相反也可能相同。

图4：悬臂杆与机头架之间的关系图。表示悬臂杆可以相对机头架旋转和伸缩。

12代表悬臂杆上的伸缩装置；13代表悬臂杆与机头架之间的活动铰；14代表凹轮轴。

图5：表示悬臂杆组。

10代表凹轮轴。

图6：表示悬臂杆可以实心、空心的杆件，悬臂杆可平行捆绑一空心筒作擦涂液或污物液体的流通管。V3-11代表循轴的空心；V3+、V3-代表液体物质的流入或流出。

图7：表示同一条循轴上不同部位上的擦涂线，形成不同的功能区。

图8：表示循轴的横截面。

15代表在循轴中心的加力线或加力筋；16代表处于循轴中心区的加力线组或加力筋组。

图9：表示横截面外轮廓为圆形的循轴，利用循轴外表面上的凹痕蕴蓄擦涂液或污物。

图10：表示循轴受擦涂线的牵拉，产生翻转和循环旋转。

ω4代表循轴翻转；V4代表循轴相对机头架循环旋转。

图11：表示循轴的空间形状与平面投影的关系。

17代表投影线；18代表平面投影。

图12：表示表示循轴受擦涂线的循环牵拉时的受力分析。

Fx代表擦涂线对循轴横向的垂直作用力；Fy代表擦涂线对循轴纵向的平行作用力；F代表Fx、Fy的合力。

图13：表示相邻的两螺旋体上的擦涂线共用同一个凹轮。

19代表左擦涂线螺旋体上的右线头；20代表右擦涂线螺旋体上的左线头。

图14：表示同一擦涂头上可以由多个循轴组成，循轴之间可以套嵌组合。

21、22代表平面组合；23、24代表套嵌组合。

图15：表示擦涂线、循轴、悬臂杆、擦涂架、擦涂机上位设备之间的关系。

表示擦涂头可以相对擦涂机的上位设施旋转。

25、26代表擦涂机的上位设施中的擦涂线处理设备，在此清理擦涂线上的污物或向擦涂线上施加涂料；27代表擦涂机架；28代表擦涂线牵拉设备；29代表擦涂线辅助设备；30代表擦涂头相对机架旋转的活动铰支座。

图16：表示利用空心循轴的一部分擦涂目标面，另一部分进入机头架上的处理设备，装入擦涂液或吸出污物液。在本图，循轴的上部进入处理设备，下部贴紧目标面。

31代表装入擦涂液或吸出污物液的设备。

图17：表示一个凹轮同时导入导出相邻两个螺旋体上的擦涂线。

表示擦涂线被导入；

表示擦涂线被导出。

图18：表示轴架。

31代表轴架支架；32代表滚轮或滚轴；33代表滚轮的轴头。

图19：表示多槽凹轮。

41代表多槽凹轮；14代表多槽凹轮的轮轴。

图20：表示挤压滚轴和拔出螺母组合而成的循环轴驱动装置；20a是正面图；20b是位于挤压轴处的截面图；挤压滚轴和拔出螺母安装在机头架上。42代表挤压滚轴；43代表挤压滚轴支座；44代表拔出螺母；45代表拔出螺母的丝压；46代表挤压滚轴上设置的花纹或齿状构造，目的在于增加剪切能力。

具体实施方式：

以图1所示的构造，按擦洗机为例，说明具体实施方法。

该方案，是建立在擦涂头的后端(上位)设备完善目的基础上的，即上位设备至少应具备理顺、牵拉、缠绕、处理擦涂线的功能。

1、制作机头架：

a根据目标面的具体情况确定擦涂头的平面大小；b用刚性材料加工成图1所示的机头架；c根据机头架的平面大小，确定循轴(本例为单循轴)周长尺寸；d设定功能区，本例设前端为擦洗区(加洗涤液)，两侧和后端为清洁区(加清水)；e根据循轴的横向形变能力，以循轴发生上下横向变形时能贴紧目标面的最大间距为上线，确定悬臂组的间距，同时确定悬臂组之间的间距；f根据上条原则，确定(本例)四边上的悬臂组的组数；g根据悬臂组的组数，确定悬臂杆在机头架上的的位置，同一组悬臂杆位于循轴的两侧，不同组之间留有一定间距；q制作与悬臂杆相吻合的安装设施；r在悬臂杆旁设置擦涂线出入孔。

2、悬臂杆制作和凹轮安装：

a根据悬臂组的组数和机头架上的安装位情况，制作相同数量的悬臂杆上段和下段；b将上段和下段悬臂杆做成可以套接的筒状或孔状杆，大杆套小杆；c上段和下段之间设置伸缩弹性设施；d悬臂杆上段和下段之间设卡锁构造，使两杆之间既可伸缩，又不会滑脱；e在下段悬臂杆下端设凹轮支座；f安装凹轮。

3、凹轮制作：

根据擦涂线的线径和是否为两线同轮等情况确定凹轮规格(本例为单线)，凹轮的槽深以略大于擦涂线的半径为宜。

4、循轴的选择：

按第1步所述，选择与悬臂杆形成的轮廓相匹配的循轴。

5、缠线：

a擦涂线由机架引出，经机头架(线孔)导入凹轮中；b以起始凹轮为起点向循轴缠绕，缠满一组悬臂杆的间隙；c以该组结束凹轮为终点收回擦涂线；d擦涂线按由凹轮、机头架、机架的顺序，收回到上位处理设备中进行处理。

擦涂线缠好后，利用机架内的辅助设备将线拉紧，使循轴紧靠凹轮悬起。不同悬臂组上的擦涂线同向缠绕。

6、工作：

启动机架内的动力设施，牵引擦涂线导入导出循环，擦涂线带着洗涤液或清水沿目标面产生剪切式循环运动，将洗涤液或清水涂于目标面上，并将目标面上清除掉得污物和污水等带回上位处理设备。

移动机架或旋转擦涂头，形成连续的擦洗面，达到擦洗目标面的目的。

Claims (5)

1.一种循轴式擦涂头，是擦洗设备或涂抹设备的工作主件，它由机头架、悬臂杆、循轴、擦涂线组成，其特征在于：机头架的下位部件是悬臂杆、循轴和擦涂线在循轴上形成的缠绕段，机头架上设悬臂杆安装位和擦涂线孔；悬臂杆上端安装在机头架上，下端悬空并设有凹轮，它是能相对机头架伸缩和旋转的支撑杆；悬臂杆通过擦涂线的缠绕来牵引、支撑和悬吊循轴，并导引循轴的运行方向；循轴是一能产生横向变形并具有一定抗弯能力的闭合圆环，靠擦涂线的循环牵拉产生翻转和旋转，它借助悬臂杆的牵引和支撑力，形成多种平面或空间形状贴紧目标面；擦涂线自擦涂头的上位设备引来，穿过机头架顺着悬臂杆由凹轮导入循轴并缠绕之，形成螺旋体；螺旋体随循轴的翻转而旋转，靠旋转中不断更新擦涂线；新的擦涂线或将目标面上的污物清理擦除，或将自身携带的涂料涂于目标面上；使用后的擦涂线，通过另一悬臂杆返回上位设备中进行处理。

2.如权利要求1所述的擦涂头，其特征在于：两条悬臂杆组成一个悬臂组，一个悬臂组所跨越的距离范围作为一个功能区；悬臂组是悬吊循轴并使之产生横向空间变形的施力点，同时它也是支撑循轴承载擦涂线并使之贴紧目标面的施力点；悬臂杆相对机头架伸缩、旋转；悬臂杆允许做成实心、空心和槽型的截面形状，同时若在悬臂杆上捆绑一辅助筒体，则能通过空心悬臂杆孔和辅助筒体输送液体物质或擦涂线；凹轮安装在悬臂杆的下端，它是擦涂线导入导出循轴的拐点器件，也是悬臂杆和循轴之间互相传力的中间过渡部件。

3.如权利要求1所述的擦涂头，其特征在于：所述循轴为一个，循轴是横截面为圆形或具有圆形轮廓的闭合环；循轴的横截面，允许在中心区位置设加力线或加力筋，以及设计成中空的环形轴；圆形轮廓和中空的循轴，通过其表面刻痕或空心蕴蓄和带进带出液体物质；一条循轴在悬臂杆的分隔下，能形成若干功能区；循轴利用自身的循环旋转，化解了擦涂线的轴向分力，并使其形成规则缓顺的螺旋体。

4.如权利要求1所述的擦涂头，其特征在于：所述循轴为多个，循轴之间采用平行排布或相互套嵌的方式组合；循轴是横截面为圆形或具有圆形轮廓的闭合环；循轴的横截面，允许在中心区位置设加力线或加力筋，以及设计成中空的环形轴；圆形轮廓和中空的循轴，通过其表面刻痕或空心蕴蓄和带进带出液体物质；一条循轴在悬臂杆的分隔下，能形成若干功能区；循轴利用自身的循环旋转，化解了擦涂线的轴向分力，并使其形成规则缓顺的螺旋体。

5.如权利要求1所述的擦涂头，其特征在于：循轴的旋转和翻转，有专设的驱动缠绕线驱动设置驱动，或挤压滚轴与拔出螺母的组合驱动设置驱动。

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