樹干石灰水自動噴涂機(jī)可行性報告

1、樹干石灰水自動噴涂機(jī)可行性報告一、課題背景為了保護(hù)樹木過冬，農(nóng)林管理人員在冬天來臨之前會給樹干根部至約一米高處刷上一層石灰水。樹木上面刷一層白色石灰水涂料通常稱之為刷白，它是一種石硫合劑生石灰涂白劑或者硫酸銅石灰涂白劑。刷白可有效地阻止害蟲利用翹裂的樹皮產(chǎn)卵和化蛹，并殺死寄附在樹皮上的害蟲和病菌，同時兼有防凍和防日灼的作用。首先，高齡樹木的樹干裂皮、翹皮比較多，它們往往成為多種病蟲的越冬場所。入冬以前很多害蟲利用翹裂的樹皮產(chǎn)卵或化蛹，入冬后其幼蟲、成蟲及病菌的菌絲、孢子等潛入越冬，裂皮和翹皮成為害蟲最安全的庇護(hù)所和病菌害依附體。石灰具有一定的殺菌、殺蟲作用，可以殺死一些在樹干上越冬的真菌、細(xì)菌

2、和害蟲。其次，樹干組織的韌性比較差，冬天溫差大容易使樹干組織開裂。生產(chǎn)中人們發(fā)現(xiàn)，在凍害期間，由于溫差大或溫度前后變幅大，其凍害往往嚴(yán)重。因為低溫來臨之前氣溫較高，樹木休眠淺，抗寒能力差，驟然降溫時樹體適應(yīng)不過來。石灰水是白色的，涂上后能夠反射40%-70%的陽光，樹干在白天和夜間的溫差小，因此不容易開裂。、市場調(diào)查（市場調(diào)研、文獻(xiàn)調(diào)研：總結(jié)現(xiàn)有產(chǎn)品的類型、市場情況、優(yōu)缺點）國內(nèi)噴涂機(jī)研究現(xiàn)狀及分析（）天津市航大科技發(fā)展有限公司于2011年12月申請的實用新型專利中提出了一種農(nóng)林樹木噴涂機(jī)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1種農(nóng)林樹木噴涂機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該實用新型所提供的一種農(nóng)林樹木噴涂機(jī)包括車子、水箱、

3、干粉箱、混合箱、抽水泵、吸粉泵、液漿泵、電機(jī)和機(jī)械臂。水箱、干粉箱和混合箱均設(shè)于車子后方的車架上，機(jī)械臂包括轉(zhuǎn)臺、升降裝置和機(jī)械爪，升降裝置的頂端設(shè)有由液壓臂驅(qū)動開合和前后擺動的機(jī)械爪，升降裝置安裝在轉(zhuǎn)臺上。機(jī)械爪的內(nèi)側(cè)設(shè)有若干個分布均勻的噴嘴，噴嘴通過軟管與從混合箱中吸取漿液的液漿泵連接。升降裝置和機(jī)械爪位于混合箱的上方，轉(zhuǎn)臺安裝在機(jī)架上，水箱通過抽水泵與混合箱連接，干粉箱通過吸粉泵與混合箱連接。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)樹木噴涂作業(yè)機(jī)械自動化，在保證了涂白效果的同時，大大降低了勞動強(qiáng)度。這種噴涂機(jī)具有的優(yōu)點和積極效果是：1、通過轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)和升降裝置的升降，可以多角度調(diào)整機(jī)械爪的角度和高度，使其適應(yīng)

4、不同高度的樹木的噴涂需求。本實用新型改變了傳統(tǒng)手工的涂白方式，實現(xiàn)了樹木噴涂作業(yè)機(jī)械自動化，在保證了涂白效果的同時，大大降低了勞動強(qiáng)度。2、可以根據(jù)每次噴涂用量，用抽水泵將水箱里的水抽進(jìn)混合箱與吸入進(jìn)來的干粉進(jìn)行混合再噴涂，有效避免了一次調(diào)配的漿液量過多所帶來的浪費(fèi)。（二）另一類的噴涂設(shè)備采用手動方式。2011年鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院申請了樹木用石灰水噴涂機(jī)的實用新型專利。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。這種噴涂機(jī)包括了一個罐體，罐體上設(shè)有進(jìn)水口，罐體內(nèi)固定有下支撐和上支撐，攪拌連桿由下支撐和上支撐限位，攪拌連桿上端與攪拌電機(jī)的輸出軸相連，攪拌連桿的下端設(shè)有攪拌葉輪，罐體內(nèi)設(shè)有吸水管，吸水管與自吸泵相連，自吸

5、泵通過出水管與噴涂裝置相連。噴霧器工作時，攪拌電機(jī)通過攪拌連桿帶動攪拌葉輪不斷旋轉(zhuǎn)以攪拌石灰水，防止石灰水沉淀，使得噴涂均勻。噴霧手柄上的開關(guān)打開時，自吸泵啟動，實現(xiàn)噴霧。另外，該實用新型使用時噴涂手柄夾持在樹木的中部，石灰水從上往下均勻留下而不會使很多石灰水流落地上。圖2樹木用石灰水噴涂機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。（三）關(guān)于樹干刷白的自動化設(shè)備研究，發(fā)明專利ZL200810061760.8中提出了一類樹木涂白機(jī)器，其利用“上下運(yùn)動，邊涂邊刷”的方式實現(xiàn)樹木涂白工作。但是這種機(jī)器存在著工作死角、涂刷樹木周向無法完全覆蓋、涂刷質(zhì)量一般等不足。2008年05月22日浙江工業(yè)大學(xué)申請了專利，并經(jīng)過三年左右的時間，

6、到2011年02月24日重新申請了專利。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3樹木涂白結(jié)構(gòu)示意圖.這種新型樹木涂白機(jī)包括了車架、旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)、毛刷機(jī)構(gòu)和供液機(jī)構(gòu)。其中供液機(jī)構(gòu)為間歇供液機(jī)構(gòu)，包括供液瓶和供液瓶固定架，并由凸輪條決定不同的供液量。對不同樹種的涂刷，更換凸輪條就可控制不同的供液量，同時，間歇供液裝置在滿足供液要求的前提下，避免了石灰水的浪費(fèi)及對周邊市容的影響。在涂刷過程毛刷機(jī)構(gòu)自適應(yīng)調(diào)整毛刷壓縮力、有效保證涂層質(zhì)量，適合對不同樹徑大小、樹干不同彎曲度、各類樹干表皮形狀進(jìn)行涂刷工作。本發(fā)明采用了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與上下進(jìn)給運(yùn)動復(fù)合的傳動機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對樹干的旋轉(zhuǎn)涂刷，能減少涂刷的工作盲區(qū)，避免樹干表面的“漏洞”現(xiàn)

7、象，同時刷圖質(zhì)量得到進(jìn)一步的改善的技術(shù)。此發(fā)明主要解決了如下幾個問題：1、有效消除了工作死角、提升了涂刷質(zhì)量；2、適應(yīng)性強(qiáng)；3、有效節(jié)約石灰水、降低成本。（四）針對已有技術(shù)存在的缺陷，上海大學(xué)申請的實用新型專利中提出了一種高環(huán)保的樹涂白機(jī)，使用機(jī)器代替人工勞動，實現(xiàn)自動、均勻、精確地給樹涂白，降低工人勞動強(qiáng)度。該設(shè)計包括機(jī)架、升降驅(qū)動機(jī)構(gòu)、縱向調(diào)整機(jī)構(gòu)、噴涂機(jī)構(gòu)。機(jī)架固定在機(jī)架上，機(jī)架底部安放電機(jī)，電機(jī)通過齒輪和鏈帶傳動實現(xiàn)機(jī)架的上下往復(fù)運(yùn)動。噴涂機(jī)構(gòu)上安裝導(dǎo)向輪以根據(jù)樹的直徑大小來調(diào)整兩邊噴嘴架的距離，噴嘴上安裝對射傳感器用來檢測是否對準(zhǔn)樹干，從而精確均勻地實現(xiàn)對樹的涂白。本實用新型機(jī)構(gòu)簡單

8、，制造成本低，操作智能，環(huán)保低能，可靠性高。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4高環(huán)保樹涂白機(jī)經(jīng)測算，一名普通園林人工刷一棵大小的樹至少需3分鐘，而該設(shè)計僅需要0.5分鐘,效率可以至少提高五倍。國內(nèi)仿形裝置的研究與設(shè)計華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院發(fā)表的仿形噴霧裝置的設(shè)計及分析中提出了一種果樹仿形噴霧裝置。該文將工業(yè)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)形式引入到果樹噴霧中，從實現(xiàn)仿形運(yùn)動的角度，設(shè)計出一種果樹仿形噴霧系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過單片機(jī)控制各關(guān)節(jié)的步進(jìn)電動機(jī)，使機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)果樹外形產(chǎn)生仿形運(yùn)動，并按照靶標(biāo)的形狀調(diào)節(jié)噴頭的位置，當(dāng)噴頭運(yùn)動到合適的位置時，啟動噴霧閥門對果樹進(jìn)行噴藥，實現(xiàn)與靶標(biāo)相仿形狀下的精確噴霧。轉(zhuǎn)盤電動機(jī)罔|仿形機(jī)旅樂統(tǒng)I

9、VI2帥形機(jī)構(gòu)広拙簡圖結(jié)構(gòu)示意関通過對仿形機(jī)械臂，特別是噴頭的運(yùn)動分析和數(shù)值仿真表明，該裝置基木上能根據(jù)果樹外形產(chǎn)生仿形運(yùn)動。但山于果樹樹冠形狀的差異和人小的不同，果樹仿形噴霧系統(tǒng)的普遍適用性仍存在很多問題，同時要真正能進(jìn)行果樹仿形噴霧作業(yè)，還需要其他輔助設(shè)備，例如果樹外形探測、測距設(shè)備以及復(fù)雜的控制系統(tǒng)等。調(diào)査總結(jié)以上所述樹木噴涂機(jī)自動化越來越高，并且在不同時間階段攻克了相應(yīng)的技術(shù)難點，但是仍然不能高精度，高效率的解決噴涂工作。特別是樹木傾斜度的自動檢測技術(shù)和噴涂機(jī)機(jī)械手臂仿形的難題，單從硬件方面設(shè)計難以從根本上解決，還應(yīng)該在檢測、控制等軟件方面著手，這造成其設(shè)計過于復(fù)雜或者成本過高。目前制

10、約樹木噴涂機(jī)發(fā)展的原因主要是樹木傾斜度檢測不準(zhǔn)，樹木分叉難以排除，噴涂精度不高，連續(xù)作業(yè)較低。因此，迫切需要研制出噴涂精度高、綜合性能好的自動仿形噴涂機(jī)。而機(jī)械手臂的仿形是樹木噴涂機(jī)的重要組成部分，同時也是能否實現(xiàn)樹木高精度、高效率噴涂的關(guān)鍵。樹木自動噴涂控制系統(tǒng)的研究主要包括樹木高度的自動檢測技術(shù)和噴涂機(jī)械手臂升降的自動控制技術(shù)這兩個方面。目前樹木噴涂機(jī)的研究還處于初級階段，對排除樹木分叉，檢測樹木傾斜度，連續(xù)作業(yè)等都不能很好的完成，因此迫切需要研制出自動仿形噴涂機(jī)。二、需求分析（分析存在的問題，提出相應(yīng)的需求（功能、性能）根據(jù)樹干石灰水噴涂實現(xiàn)方式的不同，可以將其分為人工粉刷和機(jī)器噴涂作業(yè)

11、方式具體操作優(yōu)缺點人工粉刷工人拿著刷墻的刷子，從石灰水桶中蘸取液體，然后圍繞著粉刷樹干。這種方法的優(yōu)點是可以粉刷濃度和粘稠度較高的涂料，粉刷到任何地方，操作靈活。缺點是蘸取的量不好控制，而且勞動量大，耗費(fèi)時間，效率低下。機(jī)器噴涂利用壓縮或壓力機(jī)器提供種流體噴涂方式的優(yōu)點是節(jié)省大量的勞動力、可連的壓力和動力將涂料噴射續(xù)不間斷操作、高效簡單。缺點是對環(huán)境有一定程在需要噴涂的表面。度的污染，噴涂高粘稠度的液體時，易堵塞噴頭。據(jù)我小組調(diào)查，現(xiàn)在農(nóng)林管理人員在給樹木刷白時絕大部分采用手工粉刷的方法。作業(yè)工人拿著刷子沿著樹干上起下蹲，而且還要繞樹干一圈，不僅勞動強(qiáng)度大、工作效率低而且所涂的石灰層不均勻，在

12、噴涂過程中有大部分石灰水曬落地上，石灰水的利用率比較低。針對這種情況，目前國內(nèi)市場上還沒有相對有效的機(jī)械裝置,有少數(shù)裝置因為設(shè)備制造成本高、體積大、操作繁瑣、耗能較大以及不適合城市擁堵的環(huán)境等種種原因而不能被推廣。四、研究目的本次產(chǎn)品設(shè)計主要為解決當(dāng)前樹木在噴涂石灰水過程中效率低下、材料浪費(fèi)嚴(yán)重的狀況，提供一種效率高、成本低、石灰水利用率高、噴涂均勻的樹木用石灰水自動噴涂機(jī)。為此我們設(shè)計了樹干石灰水噴涂機(jī)，它是一種機(jī)械化的樹干石灰水仿形噴涂機(jī)。五、樹干涂白劑類型（一）石硫合劑生石灰涂白劑1、成分比例：石硫合劑原液（市場購買或自己配制，自配方法如下：生石灰1公斤、硫磺粉2公斤、水10公斤，先將生

13、石灰用少量水化解后，再加水調(diào)成糊狀，慢慢加入硫磺粉，充分混勻，然后加足水量。加熱煮沸，邊煮邊攪，并不斷用開水補(bǔ)充蒸發(fā)掉的水分。大約煮40分鐘左右，待藥液呈深紅色時【渣宰呈黃綠色】即成。冷后用粗布過濾即為原液）0.25公斤、食鹽0.25公斤、生石灰1.5公斤、動（植）物油脂0.10.2公斤、水5公斤。2、配制方法：將生石灰加水充分熟化（要濾去殘渣和其他顆粒等雜物），加入油脂攪拌后，再加水制成石灰乳，最后將石硫合劑原液和充分溶解鹽水倒入，充分?jǐn)嚢杓闯桑ǘ┝蛩徙~石灰涂白劑1、成分比例：硫酸銅0.5公斤、生石灰10公斤、水3040公斤（或以硫酸銅、生石灰、水以1：20：6080的比例配制）。2、配制

14、方法：用少量開水將硫酸銅充分溶解，再加用水量的2/3的水加以稀釋；將生石灰加另1/3水慢慢熟化調(diào)成濃石灰乳;等兩液充分溶解且溫度相同后將硫酸銅倒入石灰乳中，并不斷攪拌均勻即成涂白劑六、方案設(shè)計我們設(shè)計的樹木石灰水噴涂機(jī)的基本功能和設(shè)計思路：根據(jù)所需要完成的任務(wù)和動作，結(jié)合石灰水噴涂機(jī)的實際要求，綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計專業(yè)知識，完成符合市場需求的低成本高技術(shù)含量的石灰水噴涂機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計（見下面黑箱圖）。其中包括機(jī)器裝置的原理方案構(gòu)思和擬定；原理方案的實現(xiàn)、傳動方案的設(shè)計；PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計；運(yùn)用3D設(shè)計軟件PRO/E進(jìn)行邊構(gòu)思邊設(shè)計，完成產(chǎn)品的外觀設(shè)計和各個零部件的仿

15、真造型，再對整體進(jìn)行虛擬裝配，從而能夠在整體設(shè)計的基礎(chǔ)上全面的考慮各個細(xì)節(jié)的處理，使得整個設(shè)計更加的合理，科學(xué)。完成虛擬裝配后，在PRO/E軟件的虛擬環(huán)境下對產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)動仿真和運(yùn)動干涉檢測，完成質(zhì)量，重心以及受力分析，在此基礎(chǔ)上可以完成比傳統(tǒng)設(shè)計更為精確和可靠的靜力學(xué)運(yùn)算及校核。在完全仿真的虛擬設(shè)計環(huán)境里，設(shè)計出最優(yōu)的方案。然后，根據(jù)虛擬設(shè)計的模型用AUTOCAD繪制裝配圖和必要的零部件圖，方便產(chǎn)品的加工和裝配。工作原理：噴涂機(jī)運(yùn)行到所需要噴涂的樹木后。開始進(jìn)行工作，首先負(fù)責(zé)前后移動的導(dǎo)軌（齒輪齒條）前后移動，當(dāng)距離樹干5cm之后，感應(yīng)器感應(yīng)到，液壓泵開始工作，夾持機(jī)構(gòu)自動鎖死，開始對樹木進(jìn)行

16、噴涂，由電動機(jī)負(fù)責(zé)上下方向的移動，當(dāng)樹木沿噴涂機(jī)運(yùn)動方向有一定的傾斜角度時，靠左右方向的齒輪齒條通過PLC控制來實現(xiàn)，這樣的話就實現(xiàn)了對不同傾斜角度樹木的噴涂七、任務(wù)分解張剛（組長）：主要負(fù)責(zé)整個項目的進(jìn)程安排，任務(wù)分解，監(jiān)督，以及三維建模屈鵬飛：每次討論會議的記錄，方案的總體設(shè)計和分析滕月：市場調(diào)研，需求分析，三維建模羅成志：市場調(diào)研，可行性分析，以及二維圖的繪制初君偉：撰寫相關(guān)報告，以及二維圖的繪制柯陽虹：風(fēng)險分析，功能分析以及撰寫相關(guān)報告以及PPT除此之外，每一名小組成員都會選擇相關(guān)典型零件進(jìn)行工藝設(shè)計，以及參加小組討論，八、成本預(yù)測八、市場前景一臺小小的機(jī)器，使樹木涂白工作變得簡單高效

17、，這就是我們設(shè)計的樹木制動噴涂機(jī)，與普通人工相比，同樣是涂刷一株胸徑20厘米的樹木，人工需要3分鐘至5分鐘，而機(jī)械涂白手只需要20秒至30秒，大大提高了效率。1、我們設(shè)計的這款樹干石灰水噴涂機(jī)所采用的材料都有很好的通用性，在后期推廣過程中可以在保證可靠性的情況下根據(jù)實際情況更換材料，使得成本最低化。2、樹干石灰水噴涂機(jī)對加工的工藝要求不高，這降低了企業(yè)生產(chǎn)這種噴涂機(jī)的門檻。3、它的成本不高，而且節(jié)省勞動力以及提高了效率，針對大面積推廣有很好的的可行性。4、這款樹干石灰水噴涂機(jī)相比其他有更好的經(jīng)濟(jì)性九、項目計劃制定第一周：12.25選組長，小組討論，確定項目研究方向；通過小組集體討論的形式制定項

18、目課題，并確定項目的大概方案。12.2612.27搜索資料，進(jìn)行方案分析，確定可行性的結(jié)構(gòu)；進(jìn)行小組成員任務(wù)分配，分工合作搜集資料，集思廣益，整合大家的想法，確定最優(yōu)化的設(shè)計方案和機(jī)械結(jié)構(gòu)。12.28：進(jìn)行問卷調(diào)查，由兩名組員到附近小區(qū)及物業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，以調(diào)查問卷的形式，搜集市場信息。12.29：確定各分機(jī)構(gòu)的部件，并確定使用的零件，將整體結(jié)構(gòu)分成幾個分機(jī)構(gòu)，分析確定最合適的零部件；12.30：整理一周的資料，撰寫項目進(jìn)展報告和可行性報告，進(jìn)行一周項目進(jìn)程的總結(jié)和制定下一周計劃。第二周：1.31.5：定尺寸，畫二維草圖；分析確定整體尺寸及各部件的尺寸，繪制二維草圖，構(gòu)建輪廓；1.6：一周總結(jié)，編寫項目進(jìn)展報告和可行性分析報告，制定下周計劃，討論下一步二維圖和三維圖地分工及繪制方案。第三周：1.7