高彥玉，時(shí) 玲，楊陸強(qiáng)，陳 凱，趙玉清

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南 昆明 650201)

?

研究與設(shè)計(jì)

一種自動(dòng)升降式樹木刷白機(jī)的設(shè)計(jì)

高彥玉，時(shí) 玲，楊陸強(qiáng)，陳 凱，趙玉清*

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南 昆明 650201)

為防止害蟲在翹裂的樹皮上產(chǎn)卵和化蛹，消滅寄附在樹皮上的害蟲和病菌，同時(shí)兼有防凍和防日灼作用，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)升降式樹木刷白機(jī)。闡述了刷白機(jī)的總體結(jié)構(gòu)、工作原理及主要部件的設(shè)計(jì)，該機(jī)主要由行走裝置、升降機(jī)構(gòu)、輸送裝置、噴漿機(jī)構(gòu)等組成，可通過自動(dòng)調(diào)節(jié)噴漿裝置的開度來適應(yīng)不同直徑的樹木，通過與絲桿的滑動(dòng)連接可自由控制噴漿裝置的噴漿高度。該樹木刷白具有機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量輕等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于植物保護(hù)和美化市容等方面。

樹木防害；建模；樹木刷白機(jī)；設(shè)計(jì)

低溫凍害是全球性的自然災(zāi)害，其嚴(yán)重制約著農(nóng)林業(yè)的生產(chǎn)。目前對植物凍害的預(yù)防措施主要有以下幾種：因地制宜地選擇合適的植物品種；培育抗凍良種；重視水肥管理，科學(xué)施肥，深翻地；培育抗凍性強(qiáng)的壯苗或植株等[1-2]。

樹木在生長過程中會(huì)產(chǎn)生腐爛病和潰瘍病，天牛、吉丁蟲等害蟲也可能在樹干上產(chǎn)卵。樹木病蟲害發(fā)生的一個(gè)主要原因是工作人員對病蟲害沒有給予足夠的重視，或者是對病蟲害的預(yù)防意識(shí)不強(qiáng)。防止樹木發(fā)生病蟲害采取的主要措施有樹干涂白、樹干涂膠、樹干療傷等方法，有些方法在一定程度上使用了化學(xué)藥劑，從而會(huì)引起環(huán)境污染。目前，國內(nèi)外大多采用人工法或自動(dòng)毛刷臂刷涂等方法進(jìn)行樹木刷白，這種方法在工作過程中會(huì)對人體產(chǎn)生一定的傷害，工作人員需佩帶防護(hù)措施；這種方法還存在效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，以及涂刷時(shí)高度難以保持一致等問題，為此設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)升降式樹木刷白機(jī)。

1 刷白機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 主要結(jié)構(gòu)組成

自動(dòng)升降式樹木刷白機(jī)主要由攪拌電機(jī)、石灰漿罐、液壓泵、磁控閥、噴漿支架等組成，如圖1所示。

圖1 樹木刷白機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖1.把手；2.推桿；3.攪拌電機(jī)；4.攪拌片；5.石灰漿罐；6.轉(zhuǎn)向輪；7.液壓泵；8.行走輪；9.提升套；10.磁控閥；11.噴漿支架；12.噴漿罩殼；13.噴嘴；14.分液管；15.導(dǎo)軌；16.絲杠；17.升降電機(jī)；18.出液管

樹木刷白機(jī)的攪拌電機(jī)通過套環(huán)和螺栓固定在攪拌電機(jī)架上，攪拌片固定在攪拌電機(jī)軸上，石灰漿罐固定在支撐板上，轉(zhuǎn)向輪通過軸和軸承與轉(zhuǎn)向輪架連接，液壓泵固定在支撐板上，磁控閥上端焊接在提升套上，下端通過軸承與噴漿支架連接，噴漿罩殼固定在噴漿支架上，噴嘴固定在噴嘴管上，分液管為一定長度的柔性管，其通過密封圈固定在噴漿罩殼和出液管上，并給噴嘴管供液，出液管始端固定在石灰漿罐上，中端固定在出液管架上，末端通過密封圈與分液管相連接。

1.2 刷白原理及工作過程

樹木刷白后由于石灰水呈弱堿性，可以較好地殺死樹干中的有害病菌和蟲卵。樹木刷白是將生石灰、石硫合劑、鹽及水這四種物質(zhì)按一定的比例混合在一起，并用刷子蘸取后刷到樹根表面處，從而起到樹木保暖防凍及防病蟲害的作用。刷白機(jī)在升降電機(jī)和絲杠的作用下，通過液壓泵將儲(chǔ)藏在石灰漿罐里的石灰漿輸送至環(huán)形噴漿裝置里，提升套帶動(dòng)噴漿罩殼進(jìn)行上下移動(dòng)，在磁控閥的作用下噴漿支架控制噴漿罩殼的開合，進(jìn)而可對直徑不同的樹干進(jìn)行噴漿，其對樹木的直徑有很好的適應(yīng)性，噴漿裝置可自由升降，以此控制噴漿高度，石灰漿由出液管流至分液管并進(jìn)入噴嘴管中，進(jìn)而給噴嘴供液。最終達(dá)到對樹木刷白的目的。

2 刷白機(jī)主要工作部件設(shè)計(jì)

自動(dòng)升降式樹木刷白機(jī)主要包括行走裝置、動(dòng)力機(jī)構(gòu)、升降裝置、供液系統(tǒng)及刷白裝置等幾部分。其中，行走裝置主要由行走輪和限位輪組成；動(dòng)力機(jī)構(gòu)由攪拌電機(jī)、升降電機(jī)和液壓泵組成；升降裝置由磁控閥、提升套和絲杠組成；供液系統(tǒng)由石灰漿容器、液壓泵、攪拌電機(jī)組成；刷白裝置由噴漿支架、噴漿罩殼和噴嘴組成。為了滿足刷白機(jī)的設(shè)計(jì)要求，必須對該機(jī)的主要工作部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和強(qiáng)度校核。

2.1 噴漿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

噴漿機(jī)構(gòu)由輸液管、噴頭組、防護(hù)罩三部分組成。兩根輸液管兩端分別密封，防止張開后液體漏出。保護(hù)罩防止石灰漿飛濺。噴頭采用新型的環(huán)抱式高壓六噴頭設(shè)計(jì)，噴頭在工作過程中還應(yīng)具有較好的防堵功能，可以根據(jù)樹木的直徑改變開合角度，從而適應(yīng)不同直徑樹木的噴涂，六噴頭各控60°，本著不重疊的原則設(shè)計(jì)，不僅縮短了噴涂行程，而且噴涂均勻，質(zhì)量好，解決了噴涂不到位需人工再次進(jìn)行涂刷以去除死角的問題。噴漿機(jī)構(gòu)的噴射壓力為5～7 MPa，有效噴射角為120°，噴射半徑為300～500 mm，噴射流量為200～300 mL/s。噴漿結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 噴漿結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)架的底端裝有轉(zhuǎn)向輪，其在工作過程中能較好地實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向，使刷白機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，機(jī)架前行靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)行駛輪從而帶動(dòng)整機(jī)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)的上下移動(dòng)主要是靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，升降電機(jī)通過螺栓固定在升降電機(jī)座上[3]，絲杠上端通過鍵與升降電機(jī)連接，提升套大孔與絲杠配合，小孔與導(dǎo)軌配合，磁控閥上端焊接在提升套上，下端通過軸承與噴漿支架連接，噴漿罩殼焊接固定在噴漿支架上，在升降電機(jī)的作用下噴漿罩殼可實(shí)現(xiàn)自由升降，在磁控閥的作用下噴漿罩殼可實(shí)現(xiàn)一定角度的自由開合。

2.3 供液系統(tǒng)設(shè)計(jì)

石灰漿容器放置在機(jī)架的中端，既提供液體又起到配重的作用；石灰漿容器內(nèi)部的攪拌裝置通過電機(jī)帶動(dòng)，既可以有效地防止石灰漿的沉淀，又可以提高噴涂質(zhì)量。石灰漿容器與外置泵體相連，泵經(jīng)輸液管與噴頭連接，以提供源源不斷的石灰漿，液壓泵的輸出功率為5 kW。由于石灰水具有一定的腐蝕性，因此要求石灰漿罐必須具有耐高強(qiáng)度酸堿的功能，為防止石灰水沉淀加裝了攪拌裝置，以使液固流體處于懸浮狀態(tài)便于輸出[4]。攪拌裝置示意圖如圖3所示。

圖3 攪拌裝置示意圖1.攪拌軸；2.石灰罐；3.攪拌片

3 刷白機(jī)攪拌軸校核

在石灰漿容器內(nèi)，攪拌軸起著至關(guān)重要的作用，攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理關(guān)系到整個(gè)機(jī)器的尺寸及成本等。在設(shè)計(jì)過程中，由于攪拌軸上的應(yīng)力集中問題難以考慮全面，所以采用常規(guī)的力學(xué)設(shè)計(jì)方法或有限元方法進(jìn)行分析。

4 結(jié)束語

(1)樹木刷白機(jī)能在攪拌電機(jī)作用下自動(dòng)攪拌石灰漿，在液壓泵作用下能輕松輸送石灰漿，在磁控閥的作用下可控制噴霧罩殼的開合，以適應(yīng)不同直徑的樹木。

(2)樹木刷白機(jī)能在人力作用下自由轉(zhuǎn)向和前行，在絲杠的提升作用下能自由控制噴霧的高度。

(3)樹木刷白機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量輕，可廣泛應(yīng)用于植物保護(hù)和美化市容等方面。樹木刷白機(jī)較好地實(shí)現(xiàn)了樹木刷白的機(jī)械化，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 高為勇.探析植物防凍防寒的措施[J].山西農(nóng)經(jīng)，2014(5)：122-123.

[2] 李先文，黃新華.植物凍害發(fā)生的機(jī)制及預(yù)防措施[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49(10)：2579-2581.

[3] 王新春，尚振國.植保機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011(2)：282-282.

[4] 宋宇.植保機(jī)械的主要形式和技術(shù)特點(diǎn)分析[J].當(dāng)代農(nóng)機(jī)，2014(11)：58-59.

[5] 濮良貴，陳國定，吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[6] 付秀，辛穎，谷周澎.一種基于人機(jī)交互的樹干智能涂白裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].森林工程，2016，32(5)：55-58.

[7] 廖林清，王麗鳳，馬安朋，等.雙離合器自動(dòng)變速器起步技術(shù)的研究概述[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2016，44(5)：8-12.

(責(zé)任編輯 張雅芳)

Design of an Elevation-type Tree Whitewashing Machine

GAO Yan-yu，SHI Ling，YANG Lu-qiang，CHEN Kai，ZHAO Yu-qing*

(School of Mechanical and Electrical Engineering，Yunnan Agricultural University，Kunming Yunnan 650201，China)

To prevent pests from laying eggs and pupation on the tree bark with warped cracks，wipe out the pests and pathogens on the tree bark and provide antifreeze and sunshade functions，an automatic elevation-type tree white washing machine is designed.The overall structure and working principle of the machine and the design of its main components are stated.This machine mainly consists of a walking device，an elevation mechanism，a transmission device and a spraying mechanism，with the opening degree of the spraying device able to be adjusted automatically to adapt to the trees with different diameters.The tree white washing machine features a simple structure，a small volume，light mass and wide application in plant protection and city beautification.

pest prevention of trees；modeling；tree whitewashing machine；design

2017-03-16

云南省教育廳一般項(xiàng)目(2014c065y)；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)第五批“百名”青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目

高彥玉(1991-)，女，云南昭通人，碩士研究生，主要從事農(nóng)林機(jī)械的研究，E-mail：928051487@qq.com。

*通訊作者：趙玉清(1975-)，男，云南大理人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程的研究，E-mail：331863839@qq.com。