刘书艳，罗仁全，金英俊，张艳彬

(1.新疆农业大学机械交通学院，新疆乌鲁木齐 830052;2.乌鲁木齐吉佳工业设计有限公司，新疆乌鲁木齐 830011)

0 引言

在房屋装饰、装潢工程中，顶部装饰施工需大量的打孔作业，打孔机起到了不可磨灭的作用。目前我们多数使用的工具为传统的手提式冲击钻，这类打孔机的种类繁多，功能强大，随着科技的发展，在结构方面呈现出了多样化的特点;在安全和舒适度等方面得到了不断的改进;在关键性的技术方面得到了更进一步的优化。

尽管打孔机经过了长时间的发展和进步，仔细观察在施工过程中，施工人员还是遇到了各种各样的问题。由于房顶和地面存在一定的高度，所以在施工的时候，大多数情况下要借助辅助设备。房顶距离地面多数在2.5 m左右，公共场所多为5 m左右，甚至以上，所以要借助登高设备，从而致使施工人员要反复进行登高作业，施工人员操作难度大，危险性高。有些施工人员为了方便施工将手持电动冲击钻捆绑固定在长杆的一端，来进行房顶打孔作业，但是在这个过程中，施工人员无法触碰操控开关，当遇到紧急情况时，不能马上关闭电源，从而造成了一些不同程度的损害，甚至人员伤亡。

另外，手持式冲击钻无法防尘，不方便携带，操作过程中机身容易发热，所以连续工作时间短，效率低，同时机器震动比较大，操作者需要用力压着才能钻到墙壁中，钻头容易磨损和折断，这样就造成惨重的人员伤亡。同时由于施工人员手持打孔机，整个身体距离操作点十分近，一些细微的粉尘通过人类的呼吸系统进入身体，从而对身体健康造成极大的伤害。总之在使用打孔机时有很多潜在的危险是无法预料的，钻头的断裂，碎屑的飞溅，漏电等问题的出现迫使我们对打孔机做更进一步的思考和改进。

1 全自动房顶打孔机的设计说明

针对以上问题，对在房顶打孔过程中出现得一系列问题进行了分析研究，为了解决和避免在打孔过程中所出现的不利问题，从而提出了改进工程打孔作业机械的见解。全自动房顶打孔机的设计可分为顶部电动冲击钻、中部升降系统、底座小车三个部分。对传统冲击钻的整体外部结构进行改造，使其能够更好的与中部升降系统进行装配，运用长距离升降系统将顶部冲击钻缓慢升至房顶进行打孔作业，底部小车是整个机器重要的部分，它可以快速移动和固定整机，提高整个工程作业的效率。本设计的重点是顶部冲击钻的整体结构改造和升降系统的优化设计。

2 电动冲击钻的现状分析

电动冲击钻作为新一代的机械化工具随着我国建筑业的发展应运而生。它是一种旋转带冲击的工具，主要用于在轻质混凝土砖墙或类似材料上钻孔，广泛应用于建筑、水电安装、电信线路、机械施工等部门，是减轻劳动强度和提高生产效率的理想工具。八十年代以来，由于建筑业的迅猛发展，大量新颖建筑材料的问世，加快了冲击电钻的更新换代。国外的冲击电钻发展较快，品种规格也更加齐全。［7］

目前国内外市场上的电动冲击钻大体可分为精密型、定位型、智能型等三个类型［3］。如图1～3所示。不同类型的电钻呈现出不同的特征和使用性。在结构和功能上更加趋于智能化、简便化。

精密型电动冲击钻在功能上与普通的电钻有很大的区别，它采用了红红外线引导装置，在施工作业中用来精准定位，防止电钻在运转的时候跑偏，能够做到精准无误的钻击物体。在精密电动冲击钻上还采用了钻头伸缩技术，使用时只需按住开关按钮，顶部的钻头部分便会慢慢向前推动。在冲击钻上这些技术的使用使得电动冲击钻的钻孔更加精密、准确的实现工程的目标。

定位电动冲击钻和精密电动冲击钻一样，都采用了钻头伸缩技术，使用时顶部的钻头部分慢慢向前推进，以起到打孔的作用。这类电动冲击钻的核心就在于在冲击钻的整体顶部加装了固定钻头的装置，通过一段透明的圆柱体对电动冲击钻起到定位的作用，同时也可以在施工作业过程中产生一定的压力，使钻孔更简单。

智能电动冲击钻的一个显著的特点就是将电子显示技术运用到了电动冲击钻上，在使用的过程中作业人员可以清楚的观察到电动冲击钻的转速和压力。随着科学技术的发展，现代智能技术更加推动了电动冲击钻的研究，所需钻孔材质的分辨技术的应用，使智能电动冲击钻又向前迈了一大步，利用这种分辨技术可以分辨出钻孔的大小以及材质的密度硬度，自动调整冲击钻的转数和压力。

图1 精密电动冲击钻

图2 定位电动冲击钻

图3 智能电动冲击钻

运用于全自动房顶打孔机的电动冲击钻应对现有的冲击钻外观进行重新设计改造，使其能够更好的与长距离升降系统进行固定和结合。其性能可以采用定位式电动冲击钻的部分功能，根据全自动房顶打孔机的特点，使其更好的发挥定位电动冲击钻的功能和优势。

3 自动升降台的现状分析

针对自动升降机的长距离伸缩原理目前比较适合打孔机升降系统的升降机大体有两类:长距离伸缩液压缸和剪叉式升降台。如图4、5所示。

图4 伸缩式套筒液压缸

图5 剪叉式升降台

结合自动打孔机的特性分析，长距离伸缩液压缸具有结构简单、设计方便等特点。但在打孔机工作过程中会产生强烈的震动，将会造成整个机身的不稳定，致使在打孔过程中不能达到预期的效果。并且在液压缸完全回缩的状态下占据空间面积大，不利于整机的移动和摆放。相反，剪叉式升降台据目前的研究成果来看，在克服震动方面取得了一定的成果，具有较好的稳定性，在完全回缩的状态下具有占据空间面积小，摆放均匀等特点。

随着剪叉机构的广泛应用，国内外许多专家学者对剪叉式升降机构从不同方面进行了深入的研究［1］。通过对剪叉机构强度的分析，得出了该机构的关键结构尺寸，更加广泛的应用于各种特殊的场合［4］;通过对剪叉臂进行结构优化分析，得出剪叉臂的最优设计参数［5］;通过有限元分析，得出了剪叉机构最大应力点发生区域及控制函数的最优方案［6］。

综合考虑全自动打孔机的整机设计特点，剪叉式升降台与冲击钻进行连接，能够更好的发挥出全自动打孔机的优势，在房顶打孔施工过程中为整个施工过程提高效率、保证质量。

4 底座的研究现状

设备迁移小车在企业的物流系统中扮演着重要的角色，是物料搬运设备中的主力军，比如设备迁移小车、叉车、手推车等等。设备迁移小车也是物流设备的一种，它体积小，便于携带和存放，操作方便，而且承载能力强，是物流行业的重要装备，在物流系统中扮演着重要的角色。它可实现物流半机械化作业、减轻工人搬运的劳动强度、提高作业的效率。如图6。

针对全自动房顶打孔机的设计特点，底座小车应具有快速移动和稳定好的特点，外观设计简单，顶部打孔系统和中部升降系统的自重，加上在打孔过程中产生的压力，也要求底座小车必须具有一定承载能力。

图6 液压平台小推车

5 结论

在现代工程装修过程中，打孔机的使用使得工程作业人员提高了工作效率，保证了工程的顺利完成。但在使用打孔机进行实际施工过程中却给作业人员造成了极大的不便。全自动房顶打孔机的这种将现有机械产品进行优化设计、结构改造后运用到新的设计产品上的设计理论和方法，将会加速现代机械产品的进化和发展，更加促进了新的设计产品的出现。同时，全自动房顶打孔机的研究在未来机械自动化的发展过程将会取得意想不到的进步，在工程建设当中工业机器人将不断取代传统的人工作业，使得机械产品在未来工程的各个领域越来越智能化，在不断减少人力劳动的同时，更加提高了劳动的效率。未来机器人的研究将越来越受到高度的重视和关注，这也将更加促进我们对传统的劳动方式进行革新的思考。

［1］ 曹宪周，任曼曼，杨振和，等.剪叉式升降机构在粮食进出仓设备中的应用［J］.粮食科技与经济，2013.38(4):52-54.

［2］ 谭铁仁，贾生.草坪打孔机的设计［J］.农业机械，2009(7):93-97.

［3］ 刘传龙.防尘电钻改良的设计［D］.南昌:南昌大学，2013.

［4］ 郭克希，殷彬，潘存云，等.剪叉式机构机动平台的设计与分析［J］.机械设计与研究，2012(6):49-51.

［5］ 张荣敏，周莎莎，王仁人.剪叉式升降平台结构参数及剪叉臂的优化设计［J］.山东轻工业学院学报，2012，26(2):58-61.

［6］ 解本铭，姜梅惠.平台车剪叉机构实验应力分析［J］.中国民航大学学报，2007(3):27-29.

［7 梁中泉.冲击电钻的使用和维修［J］.电动工具，2011(5):12-15.

［8］ 王隆娟，王义林，李建军.知识工程(KBE)技术应用于电钻产品设计［J］.机械制造，2003，10(41):14-16.

［9］ 张慧姝.手电钻人机设计研究［J］.包装工程，2008(9):102-103.

［10］ 吴 珊.家用小型电钻的产品设计［D］.南昌:南昌大学，2013.