本发明涉及一种便于在钢铁制品加工制作和安装、检修现场进行施工的除锈、喷涂、抛 光、磨削、切割、气割、电焊的电动机器。

现有的机械除锈方法是喷砂或喷铁丸，化学除锈是酸洗。由于这两种方法都存在只有在 特定的工作场合才能实施，不能在安装、检修的空间施工，且成本很高，效率低，只是在制 作一些贵重的如汽车外壳等产品，或在特殊工程中如制氧设备、管道的安装才使用。普遍使 用的是手工除锈，如用砂布蹭、用钢丝刷刷，稍先进一些的是手持角磨机，通过角磨机上高 速旋转的钢丝刷进行除锈。由于角磨机的操作强度大、粉尘多，工人连续操作几分钟后就有 疲劳感，很难认真地除锈，造成普遍的防腐质量问题，从而造成大量的钢铁制品寿命缩短和 钢铁浪费的严重问题。手动砂轮磨削劳动强度也非常大。如今普遍使用的彩板也是普通钢材， 虽然非常薄，因为它在生锈前就被涂料保护起来了，使用寿命反而很长。关于现有除锈方法 的情况，中国机械工业出版社2002年5月出版的《涂装工技师培训教材》第8至26页有详 细介绍。

现有的半自动气割机，如CG1-30型等，只能在水平平面上施工。现有的埋弧自动电焊 操作机也只能够在水平平面上或接近水平的平面上施工，为了焊接圆柱形、球形钢铁制件， 只能将自动焊接小车置于龙门式或立柱式操作机上，让放在托架上的工件转动，从而在稍有 坡度的位置施焊。这些门式、立柱式操作机械体积庞大结构不简便，价格也很高，从而致使 施工不便焊接成本高。关于上述情况，不少关于气割和电焊的技术书籍及教材都有记载。

本发明的目的是提供一种完全由机器进行的或半自动的、适用于各种工作场合的、对钢 铁工件进行除锈、抛光、喷涂、磨削、切割、气割、电焊的电动机器。这里说的适合于各种 工作场合，是指这种机器可以如壁虎一般在竖直方向、在悬空的水平面下方，也就是能在三 维空间各个方向上对钢铁工件进行施工。

发明是这样实现的。

首先设计一种能够在三维空间各个方向如壁虎一般在钢铁工件表面行进的运载车。这种 车的设计有两个方案，第一方案是设计这样一种电磁车轮，每一块电磁铁铁心的电源通过在 同一车轮上的滑环通电和断电，仅有而且必须有1～2块接近或接触工件表面的电磁铁接通电 源。随着车轮的转动，车轮在工件表面附近的外沿始终都有电磁力存在从而使车轮及行进着 的或静止的电磁车都能牢牢地“粘”附在钢铁工件的加工表面上。在车轴上安装可调力度的 电磁制动装置控制在铅垂壁或下坡的下行速度。第二方案是在靠近四个车轮的四角或其他位 置安装电磁铁，电磁铁上下可调节位置。这种车可以是四轮车，可以是链轮和履带式的车。 电工学的基本知识告诉我们，当电磁铁靠近而不直接接触钢铁表面时仍有巨大的电磁力吸引 着钢铁工件，只是空气隙越薄面积越小，电磁吸引力越大。绕线电磁铁铁心可以有自己的衔 铁，也可以把工件表面作为衔铁。四块电磁铁铁心的绕线线圈都分为两组，第一组圈数最少， 专供在水平面上作业时使用，第二组圈数多得多，专供在非水平面上作业时使用，只有当电 磁车在铅垂壁或下坡下行时为了让铁心下表面或车的向下突出部件触及工件表面产生摩擦力 时才让两组线圈同时通电，因为车轮或履带外部都套有弹性胶皮，电磁力增大时车身将略微 下降。下行时产生摩擦力的方法还有将车上设计的突出部件下移，使其触及工件表面，也可 以在车轴上或车轮上安装可调力度的电磁制动器。除下表面以外，被连在一起成为一个整体 的四块铁心都要被屏蔽起来，防止把周围的钢铁部件磁化，下边四周要加上触及工件表面的 裙边，防止氧化铁粉末被吸进电磁铁。根据同样原理，将四角的电磁铁改为永久磁铁，也可 以制成同样的小型的壁虎式磁力车。可通过无线电调节磁铁的上下移动位置。

安装在上述电磁车上的除锈、抛光机器有三种。第一种是在电磁车上安装一至三套或更 多的能承载和带动圆形钢丝刷的工作机，依靠电力而高速旋转的钢丝刷，通过电磁车上的弹 簧向下的拉力紧密贴在钢铁表面从而有效地除锈。改用抛光盘则可以进行抛光。第二种机器 是，它高速旋转的工具不是钢丝刷，而是钢丝的圆柱。这种钢丝柱的钢丝是按径向呈放射状 或近似放射状安放的，也是利用钢丝锋利的尖端除锈的。这种钢丝柱与现有的钢丝轮不同， 虽然现有的钢丝轮的钢丝也是沿径向呈放射状安放的，但现有的钢丝轮轴线长度很小，只适 于替换手动或固定的砂轮机的砂轮。而本发明的钢丝圆柱不仅轴线长度长得多(95mm以上)， 而且这种钢丝柱还可以按圆柱形工件直径的大小制成细腰的，使带细腰的钢丝柱在旋转时钢 丝头能紧贴圆柱形工件的外表面。如果是为了抛光，用粘附有细磨料的纺织品制造抛光工具 时，也要制成圆柱形或带细腰的圆柱形，它和上述钢丝柱可以互换。第三种除锈、抛光机器 是在电磁车前方或后方安装一付由电机和凸轮机构或棘轮机构控制的左右摆动的支架，摆动 的支架往返拉动钢丝网或贴有砂布的带子，且这丝网或砂布紧贴柱体的下表面，电磁车沿柱 体轴向进退，从而达到除锈抛光的目的。这只适用于加工小直径的工件。这些种类的除锈、 抛光机还要安装或单另配置吸尘器，一是为了不污染环境，二是防止氧化铁粉末被聚集到电 磁铁上。也可在机上安装小吹风机不断地将氧化铁粉末吹走，在野外施工这是允许的。

与现有的除锈方法相比，壁虎式电磁除锈机不择场地，在三维空间的许多场合都能使用。 例如，大小轮船的检修，许多化工塔罐的检修，都需在现场除锈，怎样喷砂怎样喷丸实现除 锈？不能。用手工除锈肯定要层层搭架，劳动强度大和随之带来的除锈不彻底都是大问题。 而使用壁虎式电磁除锈机则能很方便地在现场施工，只要在顶部焊上挂钩挂上滑轮，将保险 绳拴在除锈机上，以拉绳作为辅助手段，壁虎式电磁除锈机便能非常有效地进行除锈作业。 一台壁虎式电磁除锈机造价不过两千元左右，工作中耗电不多，其成本是很低的。

壁虎式的半自动气割机的实施就容易一些了，只须将现有的半自动气割机的小车改装成 电磁车再加上本发明提供的链轨就可以了，因为现有的气割机小车有自己的减速、调速机等 设施，只是无电磁车的功能和直线导轨。

壁虎式自动电焊操作机则分两种情况。对于埋弧焊，现有的自动焊小车及其配套的设备 也比较齐全，引弧、自动送丝、调速等功能都有，只须将小车改成电磁车就可以取消现有的 立柱式、龙门式自动焊操作机。要实现立焊、横焊则只有将小车加以改造，使之适用于如氩 弧焊一类的气体保护焊。氩弧焊焊丝细，需要的电流小，焊接时熔池小，液体金属凝结要快 得多。虽然目前尚无立焊、仰焊自动焊的先例，现在有了电磁车这一先决条件，焊接小车可 以在焊件的任何位置进退，实现氩弧焊的立焊、横焊应该是可能的。

用电磁车轮或电磁铁构成的可在铁壁上沿三维空间各个方向自由行进的车还可以作为玩 具、娱乐器具的基础工具，当然需要考虑安全措施，也可作为某类机器人的基础工具。做玩 具时以可调距的永久磁铁更适合。

现结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是电磁车轮的电磁铁和相应的滑环的结构示意图。1是由薄的硅钢片叠起来的工字 形铁心，各铁心互相被非磁性材料隔开，3是绕在铁心上的导线。2是滑环，滑环上各片条状 导体彼此被绝缘体隔开。滑环2上的片条状导体是这样布置的，每当单块电磁铁转到接近或 接触钢铁工件的表面处，只有而且必须使在这一位置的电磁铁通过电刷接通电路，从而产生 不间断的对钢铁工件的电磁吸引力。这就形成车轮在转动或停止状态，都有吸引钢铁工件的 电磁力。各个工字形电磁铁心拼在一起形成圆形整体，也可安装软磁性材料的轮箍里，轮箍 起保护作用。

图2是壁虎式I型除锈抛光机的正视和俯视图按比例缩小的总装配图。两级减速的蜗轮 减速机2通过齿轮驱动后轴和后轴上装有的一对电磁离合器12，离合器12带动后轴上的一对 链轮1，链轮1带动由传动链改造成的履带11进而带动一对前轮实现车的进退。图5就是用链 号为16A(GB1243.1-83)的传动链链节改造成履带链节的设计图，2是向外折转90°的外链 板，1是弧形板，3是弹性橡胶外层。当其中一个电磁离合器通电时该轮与离合器分离从而实 现车的转弯。四块同样的电磁铁或电磁铁铁心9对称分布于四角并占据了车体的整个位置， 通过四个螺栓13调节控制电磁铁与工件表面的距离，另有两个横向的螺栓紧紧地将电磁铁9 固定在车体上。当I型车在铅垂壁上或下坡位置需要静止或向下行进时，电磁铁的全部线圈 通电，增大了的电磁力压紧履带的外层胶皮从而使电磁铁铁心的下表面或突出部件接触工件 表面产生摩擦力，从而实现静止或向下缓行。在三维空间的其它位置沿工件表面行进时则只 须让部分线圈通电让电磁铁或铁心尽可能接近工件表面就可以了。14是安装在I型电磁车上 的工作平台，因钢丝刷和抛光盘轴向尺寸不同，平台有高低不同的两个安装位置，平台可以 绕固定的轴3上下摆动。平台14上安装了包括电机、传动轴、齿轮等在内的工作机动力及传 动系统4，三台工作机7彼此前后错开安装在平台14的前面。左右两条弹簧6将工作平台与 车体连在一起，作业时弹簧紧紧地将平台向下拉使钢丝刷或抛光盘靠紧工件从而有效地实现 除锈或抛光。电磁抬举机5则在作业开始或停止作业前通电抬起平台便于工作机起动或停车。 纵梁10和前轴依靠螺母紧固相联，用轴承和后轴相联并支撑后轴，调距螺母8的两段内螺纹 旋向相反，因而可以调节纵梁10的长短，便于履带的拆装。

图3是单台工作机的装配图。工作机经伞齿传动，竖向轴下部末端安装市场上现有的φ 80mm圆形钢丝刷。三台工作机同时工作，在平面工件上工作最方便。但也可以对大直径的球 面、柱面或其他形状的非平面表面进行除锈、抛光，因为左右两台工作机可以以水平轴1为 中心沿双点线扭转调位，左中右三机的竖向轴都可调长、缩短，且还有微调功能，使各单机 的钢丝刷都能紧贴工件。竖向轴2下端用花键带动连轴接头5及钢丝刷旋转。调距螺母3的 内螺纹上段是左旋的，和上部的左旋螺柱6相配，下段是右旋的和接头5相配，让螺母3左 旋或右旋，就可使该机轴竖向尺寸缩短或伸长。图4是调距螺母，它的微调功能在于4个螺 孔的位置安排，两对螺孔在同一截面上，但其中心线彼此按45°交叉。在微调该机轴线长度 时，调距螺母可调长度的最小单位是1×45/360＝0.125毫米，因螺距是1mm。距离调好以后 便将两颗螺钉旋进花键的键槽，紧固后便定位了。还设计了防尘罩将各个钢丝刷罩起来，通 过吸尘器防尘，只是图上未画出来。

壁虎式II型除锈抛光机与I型相比只有部分不相同，II型的壁虎车的行走部件是套橡皮 的车轮而不是链轮，它的电磁铁、后轴上加的电磁离合器、工作平台、工作机及相应的传动 系统等等都是一样的，设计的零部件图都是同样的，所以在这里未提供图。

把工作平台前后都固定在I、II型除锈机的电磁车上，平台前方加焊互相错开的三个竖 向支架，将工作机分别固定在竖向支架内，各工作机的竖向轴通过由平台上的动力及传动系 统伸进的水平轴及伞齿轮带动。工作机的竖向轴和它的轴承及固定轴承的外筒自成体系，可 以在固定的工作机机壳内上下滑动。因上部还将伞齿包容在内外筒不能转动，轴的上段依靠 花键与伞齿相连。竖向轴的外筒上端与一电磁铁相连，工作时因电磁铁内的弹簧伸长迫使外 筒及竖向轴向下延伸，从而使旋转的钢丝刷与工件接触进行除锈作业。起动或停止作业前电 磁铁通电将外筒及竖向轴提起让钢丝刷离开工件表面。竖向支架及工作机也可以是两套或一 套。竖向支架及工作机也可以安装在电磁车的侧面，也可以把工作平台制作成左右转动的。

图6是壁虎式III型除锈、抛光机正视和俯视图按比例缩小的总装配图。与I、II型比较， III型体积更小，驱动轴上没有安装电磁离合器(可以安)，也由两级蜗轮减速机1驱动。如果 需要可在前轮仿现代汽车设计转弯结构。设计此机的目的是便于对外径为φ200mm以上的钢 管进行除锈抛光，也可以加工大直径的柱面、球面，甚至平面。12是电磁铁。四块线圈分组 相同、电磁力等值的电磁铁铁心均匀分布于车的四角，下表面都呈圆柱面，左右对称，还必 须在同轴的圆柱面上。为安装调节方便，四块电磁铁铁心又联在一起成为整体，除下表面以 外被屏蔽于同一罩内。螺栓3用于调节高低，螺栓2用于电磁铁的紧固。10为车体。11、13 为后轮、前轮，外圈也是弹性橡胶，这里设计成圆锥台形状的，也可设计成短圆柱形的。也 可以将车轮换成电磁车轮并取消四角的电磁铁。工作电机7和钢丝柱4及传动的两对带轮5 都被安装在可以上下摆动的支架6上。钢丝柱4还可以换上圆柱状或带细腰的圆柱状的锉刀、 砂轮。14为传动带。左右两边的弹簧9也是拉动支架6使高速旋转的加工工具钢丝柱4紧贴 工件表面进行作业。牵引电磁铁8通过绳子和滑轮拉动抬高支架6，便于加工作业的起动和 停止。双点线示意出防尘罩的位置，防尘罩上接管与吸尘器连通可防止粉尘污染。在野外也 可安装小吹风机将粉尘吹走。图9是带细腰的钢丝柱。

将图6中安装钢丝柱4的机轴加以改造，使之适合于安装现在普遍使用的砂轮，再相应 地将前面支架向前伸长，使它适合于安装切割机的薄砂轮片或圆盘锯床所用的锋钢圆盘锯片， 壁虎式III型除锈机就变成壁虎式砂轮机、壁虎式切割机。这些除锈机、砂轮机等的运载车可 以是四轮加电磁铁的，可以是链轮和履带加电磁铁的，也可以是电磁车轮的。

如果除锈抛光等作业是在水平的工作面上进行，I、II、III型壁虎式除锈、抛光、磨削 机则可改成重力式的，只须在车上装上足够的重物就可以了。

I、II型都可以将工作平台改为图6的车架，改装成近似于III型的用钢丝柱加工柱面、 球面和平面的机器。

I、II、III型都设计有拴绳的结构，空中作业可拴安全绳，防止在突然断电等特殊情况 下机器坠落伤人或损坏机器。

图11是壁虎式喷涂机的喷枪和涂料罐的结构示意图，11是圆球形罐体，螺母12被粘结 在它的口上。2是密封填料，3是填料压盖，1是吸引涂料的吸液管，7是接通吸液管和喷枪 5的吸液管的软管。螺栓塞10不仅紧压填料压盖3，它还将套在它柱体上的支撑体9限制在 只能转动不能上下移动的位置上。喷枪5的下部延伸板被插进支撑体9通过螺栓连接，喷枪 5可以沿螺栓上下摆动，由螺母8紧固定位。支撑体9由螺栓4紧固定位。6是喷枪压缩空气 进口处的软管。图12是安装涂料罐的球形筐的结构示意图。1是球形筐的钢筋，涂料罐5被 置于筐内，由一对带有球面垫的紧固螺栓3固定，2是支架，4是连接螺栓。球形筐通过支架 可以安装在I、II、III各型壁虎式除锈机的工作平台的前端或支架上。作业前通电将电磁车 体定位在即将被喷涂的钢铁工件的表面上，将筐内的涂料罐的口调到在铅垂线向上的位置， 然后加涂料，再将喷枪及螺栓塞安装好，调好喷枪的喷射角度和位置后一一紧固螺栓螺母， 便可在各种位置如壁虎般行进并实施喷涂作业。

图7是壁虎式自动(埋弧)焊小车在作业位置的示意图。1是焊剂漏斗，2是由自动送丝 机移送的焊丝，8是导电咀，3是导线接头，这些都是现有自动焊小车所具备的。7是车体， 6是套有弹性橡胶外带的小车车轮，9是四块电磁力相等的电磁铁铁心，每一块都有一、二组 线圈，四块铁心分布于小车四角，除下表面外都被屏蔽。4是调节铁心高低的螺栓，5是待焊 的工件。10是向下突出的部件，此时正处于接触工件的位置。在水平面上施焊时只用电磁铁 的圈数较少的第二组线圈，在铅垂壁或下坡下行或静止时则让两组线圈同时通电，在其它位 置则用圈数多的第一组线圈。图7是对圆柱形工件施焊的情形。导电咀8及焊丝2保持与铅 垂线成30°～40°的角度，工件5被放在滚轮架上由无极调速器驱动，转动的工件5的外表 面线速度与小车的行进速度相同方向相反，小车始终保持这个角度和位置并完成焊接作业。 现有的立柱式或龙门式自动焊操作机则是让小车置于调好位的固定架上固定不动。如果让壁 虎式自动电焊操作机进行仰焊、立焊等，采用焊丝较细电流较小的气体保护焊，如氩弧焊， 并不是不可能的。在工件上安装链式导轨控制小车的走向。图9是为此设计的链轨，它可以 被磁化方便地贴在工件上，还可以用其他方法让其固定在工件上。也可以取消电磁铁，改用 电磁车轮。气体保护焊的小车也应如此设计为电磁车。

图8是壁虎式半自动气割机围着一根钢管9割坡口的示意图。1是割咀，2是氧气通道， 3是乙炔通道，8是十分靠近但没有接触管外壁的均匀分布的四角的四块同样的电磁铁铁心， 4是调节电磁铁高低的螺栓，6是外面套有弹性橡胶的车轮，5是车体，7是限位的链轨。10 是向车下突出的部件，当该小车沿着管外壁下行或下坡时须接通电磁铁一、二组的全部线圈 让电磁铁下面或突出部件10与管外壁接触以克服重力造成的快速行进。也可取消电磁铁改用 电磁车轮。