CN101927238A - 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 (4)

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，机头架上设悬臂杆安装位和擦涂线孔等设施；悬臂杆上端安装在机头架上，下端悬空并设有凹轮，它是可以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；循轴是一可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可作为一个功能区；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；悬臂杆可相对机头架伸缩、旋转；悬臂杆可做成实心、空心和槽型的截面形状，同时还可以捆绑一辅助筒体，通过空心悬臂杆孔和辅助筒体输送液体物质或擦涂线等；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度部件。

3.如权利要求1所述的擦涂头，其特征在于：一个擦涂头，可以是一个或多个循轴组成，循轴之间可以平行排布，也可以相互套嵌组合；循轴是横截面为圆形或具圆形轮廓的闭合环，循轴的横截面中心区位置可以设加力线或加力筋，也可以设计成中空的环形轴；圆形轮廓和中空的循轴，可以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，可形成若干功能区；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：循环轴的旋转和翻转，有专设的驱动缠绕线驱动设置或挤压滚轴和拔出螺母的组合驱动设置驱动。

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