树干石灰水自动喷涂机可行性报告.docx

1、树干石灰水自动喷涂机可行性报告树干石灰水自动喷涂机可行性报告一、课题背景为了保护树木过冬，农林管理人员在冬天来临之前会给树干根部至约一米高处刷上一层石灰水。树木上面刷一层白色石灰水涂料通常称之为刷白，它是一种石硫合剂生石灰涂白剂或者硫酸铜石灰涂白剂。刷白可有效地阻止害虫利用翘裂的树皮产卵和化蛹，并杀死寄附在树皮上的害虫和病菌，同时兼有防冻和防日灼的作用。首先，高龄树木的树干裂皮、翘皮比较多，它们往往成为多种病虫的越冬场所。入冬以前很多害虫利用翘裂的树皮产卵或化蛹，入冬后其幼虫、成虫及病菌的菌丝、孢子等潜入越冬，裂皮和翘皮成为害虫最安全的庇护所和病菌害依附体。石灰具有一定的杀菌、杀虫作用，可以杀

2、死一些在树干上越冬的真菌、细菌和害虫。其次，树干组织的韧性比较差，冬天温差大容易使树干组织开裂。生产中人们发现，在冻害期间，由于温差大或温度前后变幅大，其冻害往往严重。因为低温来临之前气温较高，树木休眠浅，抗寒能力差，骤然降温时树体适应不过来。石灰水是白色的，涂上后能够反射40%-70%的阳光，树干在白天和夜间的温差小，因此不容易开裂。二、市场调查（市场调研、文献调研：总结现有产品的类型、市场情况、优缺点）国内喷涂机研究现状及分析（一）天津市航大科技发展有限公司于2011年12月申请的实用新型专利中提出了一种农林树木喷涂机。其结构如图1 所示。图1 一种农林树木喷涂机的结构示意图。该实用新型所

3、提供的一种农林树木喷涂机包括车子、水箱、干粉箱、混合箱、抽水泵、吸粉泵、液浆泵、电机和机械臂。水箱、干粉箱和混合箱均设于车子后方的车架上，机械臂包括转台、升降装置和机械爪，升降装置的顶端设有由液压臂驱动开合和前后摆动的机械爪，升降装置安装在转台上。机械爪的内侧设有若干个分布均匀的喷嘴，喷嘴通过软管与从混合箱中吸取浆液的液浆泵连接。升降装置和机械爪位于混合箱的上方，转台安装在机架上，水箱通过抽水泵与混合箱连接，干粉箱通过吸粉泵与混合箱连接。本实用新型能够实现树木喷涂作业机械自动化，在保证了涂白效果的同时，大大降低了劳动强度。这种喷涂机具有的优点和积极效果是：1、通过转台的旋转和升降装置的升降，可

4、以多角度调整机械爪的角度和高度，使其适应不同高度的树木的喷涂需求。本实用新型改变了传统手工的涂白方式，实现了树木喷涂作业机械自动化，在保证了涂白效果的同时，大大降低了劳动强度。2、可以根据每次喷涂用量，用抽水泵将水箱里的水抽进混合箱与吸入进来的干粉进行混合再喷涂，有效避免了一次调配的浆液量过多所带来的浪费。（二）另一类的喷涂设备采用手动方式。2011年郑州大学机械工程学院申请了树木用石灰水喷涂机的实用新型专利。其结构如图2所示。这种喷涂机包括了一个罐体，罐体上设有进水口，罐体内固定有下支撑和上支撑，搅拌连杆由下支撑和上支撑限位，搅拌连杆上端与搅拌电机的输出轴相连，搅拌连杆的下端设有搅拌叶轮，罐

5、体内设有吸水管，吸水管与自吸泵相连，自吸泵通过出水管与喷涂装置相连。喷雾器工作时，搅拌电机通过搅拌连杆带动搅拌叶轮不断旋转以搅拌石灰水，防止石灰水沉淀，使得喷涂均匀。喷雾手柄上的开关打开时，自吸泵启动，实现喷雾。另外，该实用新型使用时喷涂手柄夹持在树木的中部，石灰水从上往下均匀留下而不会使很多石灰水流落地上。图2 树木用石灰水喷涂机结构示意图。（三）关于树干刷白的自动化设备研究，发明专利ZL200810061760.8中提出了一类树木涂白机器，其利用“上下运动，边涂边刷”的方式实现树木涂白工作。但是这种机器存在着工作死角、涂刷树木周向无法完全覆盖、涂刷质量一般等不足。2008年05月22日浙江

6、工业大学申请了专利，并经过三年左右的时间，到2011年02月24日重新申请了专利。其结构如图3所示。图3 树木涂白结构示意图.这种新型树木涂白机包括了车架、旋转传动机构、毛刷机构和供液机构。其中供液机构为间歇供液机构，包括供液瓶和供液瓶固定架，并由凸轮条决定不同的供液量。对不同树种的涂刷，更换凸轮条就可控制不同的供液量，同时，间歇供液装置在满足供液要求的前提下，避免了石灰水的浪费及对周边市容的影响。在涂刷过程毛刷机构自适应调整毛刷压缩力、有效保证涂层质量，适合对不同树径大小、树干不同弯曲度、各类树干表皮形状进行涂刷工作。本发明采用了旋转运动与上下进给运动复合的传动机构，实现对树干的旋转涂刷，能

7、减少涂刷的工作盲区，避免树干表面的“漏洞”现象，同时刷图质量得到进一步的改善的技术。此发明主要解决了如下几个问题：1、有效消除了工作死角、提升了涂刷质量；2、适应性强；3、有效节约石灰水、降低成本。（四）针对已有技术存在的缺陷，上海大学申请的实用新型专利中提出了一种高环保的树涂白机，使用机器代替人工劳动，实现自动、均匀、精确地给树涂白，降低工人劳动强度。该设计包括机架、升降驱动机构、纵向调整机构、喷涂机构。机架固定在机架上，机架底部安放电机，电机通过齿轮和链带传动实现机架的上下往复运动。喷涂机构上安装导向轮以根据树的直径大小来调整两边喷嘴架的距离，喷嘴上安装对射传感器用来检测是否对准树干，从而

8、精确均匀地实现对树的涂白。本实用新型机构简单，制造成本低，操作智能，环保低能，可靠性高。其结构如图4所示。图4 高环保树涂白机经测算，一名普通园林人工刷一棵大小的树至少需3分钟，而该设计仅需要0. 5分钟，效率可以至少提高五倍。国内仿形装置的研究与设计华南农业大学工程学院发表的仿形喷雾装置的设计及分析中提出了一种果树仿形喷雾装置。该文将工业机械臂的结构形式引入到果树喷雾中，从实现仿形运动的角度，设计出一种果树仿形喷雾系统。该系统通过单片机控制各关节的步进电动机，使机构能够根据果树外形产生仿形运动，并按照靶标的形状调节喷头的位置，当喷头运动到合适的位置时，启动喷雾阀门对果树进行喷药，实现与靶标相

9、仿形状下的精确喷雾。通过对仿形机械臂，特别是喷头的运动分析和数值仿真表明，该装置基木上能根据果树外形产生仿形运动。但山于果树树冠形状的差异和人小的不同，果树仿形喷雾系统的普遍适用性仍存在很多问题，同时要真正能进行果树仿形喷雾作业，还需要其他辅助设备，例如果树外形探测、测距设备以及复杂的控制系统等。调查总结以上所述树木喷涂机自动化越来越高，并且在不同时间阶段攻克了相应的技术难点，但是仍然不能高精度，高效率的解决喷涂工作。特别是树木倾斜度的自动检测技术和喷涂机机械手臂仿形的难题，单从硬件方面设计难以从根本上解决，还应该在检测、控制等软件方面着手，这造成其设计过于复杂或者成本过高。目前制约树木喷涂机

10、发展的原因主要是树木倾斜度检测不准，树木分叉难以排除，喷涂精度不高，连续作业较低。因此，迫切需要研制出喷涂精度高、综合性能好的自动仿形喷涂机。而机械手臂的仿形是树木喷涂机的重要组成部分，同时也是能否实现树木高精度、高效率喷涂的关键。树木自动喷涂控制系统的研究主要包括树木高度的自动检测技术和喷涂机械手臂升降的自动控制技术这两个方面。目前树木喷涂机的研究还处于初级阶段，对排除树木分叉，检测树木倾斜度，连续作业等都不能很好的完成，因此迫切需要研制出自动仿形喷涂机。三、需求分析（分析存在的问题，提出相应的需求（功能、性能）根据树干石灰水喷涂实现方式的不同，可以将其分为人工粉刷和机器喷涂。作业方式具体操

11、作优缺点人工粉刷工人拿着刷墙的刷子，从石灰水桶中蘸取液体，然后围绕着粉刷树干。这种方法的优点是可以粉刷浓度和粘稠度较高的涂料，粉刷到任何地方，操作灵活。缺点是蘸取的量不好控制，而且劳动量大，耗费时间，效率低下。机器喷涂利用压缩或压力机器提供的压力和动力将涂料喷射在需要喷涂的表面。种流体喷涂方式的优点是节省大量的劳动力、可连续不间断操作、高效简单。缺点是对环境有一定程度的污染，喷涂高粘稠度的液体时，易堵塞喷头。据我小组调查，现在农林管理人员在给树木刷白时绝大部分采用手工粉刷的方法。作业工人拿着刷子沿着树干上起下蹲，而且还要绕树干一圈，不仅劳动强度大、工作效率低而且所涂的石灰层不均匀，在喷涂过程中

12、有大部分石灰水晒落地上，石灰水的利用率比较低。针对这种情况，目前国内市场上还没有相对有效的机械装置，有少数装置因为设备制造成本高、体积大、操作繁琐、耗能较大以及不适合城市拥堵的环境等种种原因而不能被推广。四、研究目的本次产品设计主要为解决当前树木在喷涂石灰水过程中效率低下、材料浪费严重的状况，提供一种效率高、成本低、石灰水利用率高、喷涂均匀的树木用石灰水自动喷涂机。为此我们设计了树干石灰水喷涂机，它是一种机械化的树干石灰水仿形喷涂机。五、树干涂白剂类型（一）石硫合剂生石灰涂白剂1、成分比例：石硫合剂原液（市场购买或自己配制，自配方法如下：生石灰1公斤、硫磺粉2公斤、水10公斤，先将生石灰用少量

13、水化解后，再加水调成糊状，慢慢加入硫磺粉，充分混匀，然后加足水量。加热煮沸，边煮边搅，并不断用开水补充蒸发掉的水分。大约煮40分钟左右，待药液呈深红色时【渣宰呈黄绿色】即成。冷后用粗布过滤即为原液）0.25公斤、食盐0.25公斤、生石灰1.5公斤、动（植）物油脂0.10.2公斤、水5公斤。2、配制方法：将生石灰加水充分熟化（要滤去残渣和其他颗粒等杂物），加入油脂搅拌后，再加水制成石灰乳，最后将石硫合剂原液和充分溶解盐水倒入，充分搅拌即成。（二）硫酸铜石灰涂白剂1、成分比例：硫酸铜0.5公斤、生石灰10公斤、水3040公斤（或以硫酸铜、生石灰、水以1：20：6080的比例配制）。2、配制方法：用

14、少量开水将硫酸铜充分溶解，再加用水量的2/3的水加以稀释；将生石灰加另1/3水慢慢熟化调成浓石灰乳；等两液充分溶解且温度相同后将硫酸铜倒入石灰乳中，并不断搅拌均匀即成涂白剂六、方案设计我们设计的树木石灰水喷涂机的基本功能和设计思路：根据所需要完成的任务和动作，结合石灰水喷涂机的实际要求，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成符合市场需求的低成本高技术含量的石灰水喷涂机的创新设计（见下面黑箱图）。其中包括机器装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现、传动方案的设计；PLC控制系统的设计；运用3D设计软件PRO/E进行边构思边设计，完成产品的外观设计和各个零部件的仿真造型，

15、再对整体进行虚拟装配，从而能够在整体设计的基础上全面的考虑各个细节的处理，使得整个设计更加的合理，科学。完成虚拟装配后，在PRO/E软件的虚拟环境下对产品进行运动仿真和运动干涉检测，完成质量，重心以及受力分析，在此基础上可以完成比传统设计更为精确和可靠的静力学运算及校核。在完全仿真的虚拟设计环境里，设计出最优的方案。然后，根据虚拟设计的模型用AUTOCAD绘制装配图和必要的零部件图，方便产品的加工和装配。工作原理：喷涂机运行到所需要喷涂的树木后。开始进行工作，首先负责前后移动的导轨（齿轮齿条）前后移动，当距离树干5cm之后，感应器感应到，液压泵开始工作，夹持机构自动锁死，开始对树木进行喷涂，由

16、电动机负责上下方向的移动，当树木沿喷涂机运动方向有一定的倾斜角度时，靠左右方向的齿轮齿条通过PLC控制来实现，这样的话就实现了对不同倾斜角度树木的喷涂七、任务分解 张刚（组长）：主要负责整个项目的进程安排，任务分解，监督，以及三维建模屈鹏飞：每次讨论会议的记录，方案的总体设计和分析滕 月：市场调研，需求分析，三维建模罗成志：市场调研，可行性分析，以及二维图的绘制初君伟：撰写相关报告，以及二维图的绘制柯阳虹：风险分析，功能分析以及撰写相关报告以及PPT除此之外，每一名小组成员都会选择相关典型零件进行工艺设计，以及参加小组讨论，八、成本预测八、市场前景 一台小小的机器，使树木涂白工作变得简单高效，

17、这就是我们设计的树木制动喷涂机，与普通人工相比，同样是涂刷一株胸径20厘米的树木，人工需要3分钟至5分钟，而机械涂白手只需要20秒至30秒，大大提高了效率。 1、我们设计的这款树干石灰水喷涂机所采用的材料都有很好的通用性，在后期推广过程中可以在保证可靠性的情况下根据实际情况更换材料，使得成本最低化。 2、树干石灰水喷涂机对加工的工艺要求不高，这降低了企业生产这种喷涂机的门槛。3、它的成本不高，而且节省劳动力以及提高了效率，针对大面积推广有很好的的可行性。 4、这款树干石灰水喷涂机相比其他有更好的经济性九、项目计划制定第一周：12.25 选组长，小组讨论，确定项目研究方向；通过小组集体讨论的形式

18、制定项目课题，并确定项目的大概方案。12.26 12.27 搜索资料，进行方案分析，确定可行性的结构；进行小组成员任务分配，分工合作搜集资料，集思广益，整合大家的想法，确定最优化的设计方案和机械结构。12.28： 进行问卷调查，由两名组员到附近小区及物业进行现场调研，以调查问卷的形式，搜集市场信息。12.29： 确定各分机构的部件，并确定使用的零件，将整体结构分成几个分机构，分析确定最合适的零部件；12.30： 整理一周的资料，撰写项目进展报告和可行性报告，进行一周项目进程的总结和制定下一周计划。第二周：1.31.5： 定尺寸，画二维草图；分析确定整体尺寸及各部件的尺寸，绘制二维草图，构建轮廓

19、；1.6： 一周总结，编写项目进展报告和可行性分析报告，制定下周计划，讨论下一步二维图和三维图地分工及绘制方案。第三周：1.71.10： 绘制二维图、三维图，并进行装配；1.111.12： 校验结果，制定工艺设计任务，撰写设计说明书；根据绘制的二维图、三维图制定工艺设计任务，并开始撰写设计说明书。1.13：一周总结，撰写进展报告和可行性报告，整理资料，制定下周任务；第四周：1.141.17：撰写最终结题报告，编写设计说明书，书写项目报告总结，答辩报告；1.18：参加项目答辩。一、市场调研、文献调研总结现有产品的类型、市场情况、优缺点一、需求分析分析存在的问题，提出相应的需求（功能、性能）三、方案设计目标、技术路线、（方案草图、原理图）四、可行性分析技术、成本、经济社会效益、市场前景、项目计划制定