慧魚實驗報告

1、華北電力大學(xué)實 驗 報 告| 實驗名稱: 慧魚創(chuàng)意系統(tǒng)的實踐與開發(fā)課程名稱： 科技創(chuàng)新實踐3| 實驗人：通信05K1班 許磊 051903010103 電氣05K6班 鄒園 051903010114機電05K2班 陳磊 051904030210成 績：指導(dǎo)教師：房靜 實驗日期：2009.11.14-2009.12.10 華北電力大學(xué)工程訓(xùn)練中心請同學(xué)們注意說明書中必須加入模型的圖片和程序文件，還要加入制作項目的心得體會。自動包樹機設(shè)計說明作品內(nèi)容簡介針對目前包樹這一工作基本由人工完成，且市場上沒有能為已植好的樹木包草繩的機器的現(xiàn)狀，我們通過調(diào)研，根據(jù)需求，設(shè)計了這款自動包樹機。我們的機器主要著

2、眼于解決包樹過程中，如何將草繩纏在樹上，以及如何比較容易的實現(xiàn)自動停機功能，對于比較復(fù)雜的定位和打結(jié)動作，考慮到手工完成反而簡單，我們沒有設(shè)計專門的機械裝置。該自動包樹機主要由底板機架、動力部分、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)以及控制系統(tǒng)五部分組成，可以方便高效地在要移植的樹木起苗前，給樹干部分纏繞一層草繩，從而很好的起到保溫保濕作用，大大降低蒸騰作用帶來的危害，有效提高其存活率。該包樹機能為任何胸徑小于轉(zhuǎn)盤缺口的樹木包樹，即只要樹木能通過缺口進入該包樹機的轉(zhuǎn)盤中心。此包樹機采用了專門的排線裝置，不僅可以保證草繩纏繞的緊密度，還能在保證纏繞緊密地前提下對一定范圍內(nèi)任意直徑的樹木進行纏繞，而且允許同一棵樹的

3、胸徑有變化，最大繞繩高度由自動停機裝置中限位開關(guān)的位置和導(dǎo)線桿的形狀決定，可以通過調(diào)節(jié)限位開關(guān)的位置和改變導(dǎo)線桿的形狀來調(diào)整包樹的長度。根據(jù)設(shè)計方案，我們搭建了慧魚模型，為了驗證原理是否可行及是否具有應(yīng)用價值，我們制作了工程樣機，經(jīng)過試驗和現(xiàn)場使用，完全可以滿足預(yù)期的設(shè)計要求。1 研制背景及意義綠色環(huán)保已經(jīng)成為現(xiàn)代城市建設(shè)的主題，其中樹木移植是城市綠化的一項重要措施，因而保證樹木移植的存活率就顯得尤為重要。在要移植的樹木起苗前，給樹干部分纏上一層草繩,一方面防止運輸過程擦傷樹皮,另一方面可以很好的起到保溫保濕作用，有效提高其存活率。然而人工包樹相當(dāng)枯燥無味而且效率低下，通常需要三個人同時作業(yè)，

4、速度大約每兩分鐘一棵，費時費力。然而市場上現(xiàn)有的綁樹機主要用于縮小裝飾性樹木運輸時所占的空間，并沒有能給未挖起的樹木纏繞草繩的機械裝置。因此我們研制了該款簡單實用的包樹機，不僅能適應(yīng)不同胸徑的樹木，并且草繩纏繞的緊密度與高度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，意在以機械代替手工包樹，提高效率，降低勞動力成本。2設(shè)計方案21包樹機功能分析1、實現(xiàn)包樹所需要的旋轉(zhuǎn)運動和逐步上升運動；2、實現(xiàn)對日常所見樹木的包樹，且在一定范圍內(nèi)，對樹木直徑是否變化基本不作要求；3、保證繩子每匝緊密接觸，基本無縫隙，如果將主體裝在適當(dāng)平臺上，還可以克服圍欄和地形等限制因素，很方便地包樹。4、能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)包樹，若第一棵從下往上包，下一棵

5、則從上往下包，以提高效率。5、有調(diào)節(jié)裝置，實現(xiàn)包樹高度可控。2.2底板機架的設(shè)計底板的主要功能是作為整個機器的運動平臺,用于定位和固定其它四個功能裝置，是包樹機的移動及底座部分，其尺寸主要由其上固定的主體部分決定。如圖1所示的一對齒輪可在底座上移動，以調(diào)節(jié)其與轉(zhuǎn)盤的中心距，進而根據(jù)繩徑調(diào)節(jié)排線的緊密程度，底座上齒輪位置的可調(diào)節(jié)范圍由壓板和底板上的導(dǎo)槽長度決定，并通過螺母夾緊固定。底座上的缺口是為了與主體部分對應(yīng)，方便樹木進入轉(zhuǎn)盤中心，完成包樹前的準備動作。底板上還固定了動力裝置和傳動裝置，它們的位置是根據(jù)摩擦輪與轉(zhuǎn)盤外緣接觸時位置關(guān)系計算得出的。由于我們設(shè)計面向的使用對象是環(huán)衛(wèi)工人，我們將整個

6、底板裝置做成小車形式，操作簡單，使用和維護方便。圖1 底板機架結(jié)構(gòu)原理圖 圖2 傳動機構(gòu)原理圖2.3動力機構(gòu)的設(shè)計考慮到柴油機不夠環(huán)保而交流電又不太適合室外移動使用，我們決定動力部分采用使用蓄電池的直流電機，配合減速換向裝置使用。經(jīng)過計算,電機需滿表1要求： 表1 動力裝置主要參數(shù)額定電壓額定電流額定功率輸出轉(zhuǎn)速24V2A48W220RPM2.4傳動機構(gòu)設(shè)計傳動機構(gòu)的作用主要是將動力傳給包樹執(zhí)行機構(gòu)，它由帶輪、V型帶、張緊裝置和摩擦輪組成，由于帶傳動適用于實現(xiàn)相對距離較大的動力傳送，成本低，壽命長，使用和維護方便，對惡劣的工況適應(yīng)能力強，同時可以通過打滑實現(xiàn)保護作用。摩擦輪壓緊轉(zhuǎn)盤，通過摩擦力

7、，驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，具體如圖2。圖3 張緊裝置原理圖由于長期使用后，帶的彈性變差，長度變大，所以需要有張緊裝置與其配合使用。如圖3所示的張緊裝置，能使V型帶張緊，保證帶傳動的效率。如圖3所示，旋進旋轉(zhuǎn)尾端螺釘，可使與帶輪配合的曲軸伸出，改變帶輪的位置，使帶張緊。2.5包樹執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計包樹執(zhí)行機構(gòu)由轉(zhuǎn)盤機構(gòu)，排線機構(gòu)和儲繩筒三大部分組成，通過這三部分的有機結(jié)合，共同完成了包樹功能。為提高效率，可采用多個儲繩筒和排線器，每個儲繩筒都要和其中的一組排線器對應(yīng)，構(gòu)成一個組件?？紤]到占用的空間和草繩的重量，本機器采用兩對。如圖4所示，兩組排線器的導(dǎo)線桿運動方向相同，都從上往下或從下往上，不同之處在于，一組

8、排線器導(dǎo)線桿包樹的起點正好是另一組排線器導(dǎo)線桿包樹的終點，即每組排線器只完成其中某一段的包樹工作，具體包樹的起始位置由導(dǎo)線桿的導(dǎo)線孔的起始位置決定。圖4 包樹執(zhí)行機構(gòu)原理圖1轉(zhuǎn)盤機構(gòu)的設(shè)計 轉(zhuǎn)盤機構(gòu)主要由帶缺口的轉(zhuǎn)盤及導(dǎo)軌組成，因為大部分樹均為豎直生長，所以包樹機需有一缺口以方便樹木進入包樹機中央，同時為使機器能平穩(wěn)運行，不致產(chǎn)生過大噪音和摩擦，影響使用，應(yīng)采用導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。所以轉(zhuǎn)盤和導(dǎo)軌都需要帶有缺口，當(dāng)兩個缺口重合時，機器缺口最大，此時樹木可方便地進入。但如果缺口過大，則會造成轉(zhuǎn)盤運轉(zhuǎn)的不平衡，甚至發(fā)生傾覆，因此綜合考慮以上因素，我們設(shè)計的轉(zhuǎn)盤和導(dǎo)軌的缺口都為1/4圓弧大小。為避免運轉(zhuǎn)時不致過

9、大剛性沖擊，導(dǎo)軌及轉(zhuǎn)盤缺口處應(yīng)采用平滑過渡。為了避免缺口對傳動的影響，我們采用摩擦輪兩點傳動，如圖2所示，動力經(jīng)V帶傳送給位于不同位置，但轉(zhuǎn)速相同的兩個摩擦輪，通過計算確定摩擦輪的位置，以保證在任一時刻都至少有一個摩擦輪與轉(zhuǎn)盤接觸，驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，保證轉(zhuǎn)盤的持續(xù)轉(zhuǎn)動。2排線機構(gòu)的設(shè)計排線機構(gòu)主要是為了保證繞繩緊密，排列有序，避免每匝草繩之間有過大間隙或重疊，確保包樹的效果。排線機構(gòu)的核心部件為光桿、底座齒輪、螺桿和螺母，螺桿底端有一齒輪，可帶動螺桿轉(zhuǎn)動，并在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動過程中與底座齒輪間歇嚙合。光桿被固定在轉(zhuǎn)盤上，螺桿在轉(zhuǎn)盤上可自由轉(zhuǎn)動，螺母與螺桿配合，且被光桿約束，只能上下移動。整個機構(gòu)隨轉(zhuǎn)盤一起運動

10、，轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一周，螺桿底端齒輪通過與兩個底座齒輪嚙合傳動，使螺桿被帶動旋轉(zhuǎn)特定角度，由于光桿的約束，實現(xiàn)螺母上升（或下降）一定距離，由于導(dǎo)線桿是固結(jié)在螺母上的，因而可以保證繞線高度逐漸上升（或下降），具體如圖5。圖5 排線器結(jié)構(gòu)原理圖 圖6 自動停機結(jié)構(gòu)原理圖由于底座齒輪的位置是可以調(diào)節(jié)的，以改變螺桿底端齒輪與底座齒輪的最小距離，從而改變螺桿轉(zhuǎn)動的角度，進而改變了螺母上升或下降的距離。這一距離由草繩的直徑?jīng)Q定，根據(jù)草繩直徑與螺桿底端齒輪和底座齒輪的最小距離之間的關(guān)系，我們可以根據(jù)草繩直徑，調(diào)整底座齒輪的位置，實現(xiàn)排線緊密程度的可調(diào)。此外，由于螺桿底端齒輪與底座齒輪之間的嚙合是間歇性的，故螺桿的

11、轉(zhuǎn)動、螺母的移動都是間歇性的，也就是說，排線的緊密程度，只與草繩直徑以及螺桿底端齒輪與底座齒輪的最小距離決定，而與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤的直徑和樹的直徑等因素?zé)o關(guān)。 圖7控制電路原理圖 圖8 繞線機構(gòu)原理圖由于排線器上螺母是做上下移動的，因而自動停機裝置與排線器可以做成一體。如圖6所示，當(dāng)包樹接近完成時，排線器上的螺母達到某一位置，其上伸出的觸片壓到底座上的常閉開關(guān)K2或K3，開關(guān)斷開，實現(xiàn)自動停機。電路如7圖所示。此時，若轉(zhuǎn)換開關(guān)K1,并按住點動開關(guān)K4,電機開始反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤反向轉(zhuǎn)動，排線器上伸出的觸片與常閉開關(guān)K2或K3分離，開關(guān)處于常閉狀態(tài)，此時不管按住或松開按鈕K4，電機都將繼續(xù)轉(zhuǎn)動，開始反向包

12、樹。3繞線機構(gòu)的設(shè)計繞線機構(gòu)主要是為了實現(xiàn)將繞有繩子的儲繩筒置于轉(zhuǎn)盤上，為排線機構(gòu)連續(xù)提供繩子，同時避免繩子纏死和打結(jié)。儲繩筒可方便拆卸，固定在儲繩筒軸上，儲繩筒軸置于轉(zhuǎn)盤上，且可在轉(zhuǎn)盤上自由轉(zhuǎn)動。為節(jié)約成本和提高效率，草繩纏繞到儲繩筒上這一步工作，可以由環(huán)衛(wèi)部門通過機械化完成。因此當(dāng)繩子用完后，使用者只需更換儲繩筒即可，具體結(jié)構(gòu)如圖8。3 傳動系統(tǒng)的理論分析、計算3，1包樹機傳動系統(tǒng)的運動簡圖 圖9 主運動機構(gòu)簡圖 圖10（a） 排線器齒輪等效運動簡圖圖10（b） 排線裝置機構(gòu)簡圖3.1底座齒輪位置的計算如圖11所示，現(xiàn)已知齒輪齒數(shù)Z、模數(shù)m、固定齒輪與轉(zhuǎn)盤中心距l(xiāng)1、草繩直徑d、轉(zhuǎn)盤直徑D

13、和螺桿導(dǎo)程P以及兩齒輪剛接觸時的中心距l(xiāng)2，經(jīng)分析知，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周，排線機構(gòu)就要上升一個繩子直徑的高度，所以螺桿每周需轉(zhuǎn)角度：dP360因有兩個固定齒輪，因此螺桿與一個固定齒輪相接觸時的應(yīng)轉(zhuǎn)角度為:B=dP180由圖可知A=B2=dP90 (1)由余弦定理知 cosA=l12+l22-R22l1l2 (2)由（1）（2）兩式聯(lián)立知d=P900arccosl12+l22-R22l1l2取草繩直徑為10mm，代入數(shù)值得 l1 =373mm。同理可得草繩直徑為其他值時的底座齒輪位置。圖11底座齒輪位置計算示意圖3.2傳動比的計算 如圖9所示，傳動部分由帶傳動和摩擦輪傳動兩部分組成。帶傳動的傳動比為：

14、 i帶= w主動輪/ w從動輪 摩擦輪傳動的傳動比為：i摩擦輪，轉(zhuǎn)盤w摩擦輪/w轉(zhuǎn)盤 由于兩個帶輪的外徑大小相同，故在不考慮摩擦輪與轉(zhuǎn)盤相對滑動的情況下i帶=d從動輪/d主動輪=1：1i摩擦輪，轉(zhuǎn)盤d摩擦輪/d轉(zhuǎn)盤600mm/120mm5 故總的傳動比i= i帶i摩擦輪，轉(zhuǎn)盤=5 由于采用的電機轉(zhuǎn)速為220RPM，則：w轉(zhuǎn)盤=w主動輪 /i=220RPM/5=44RPM 假設(shè)草繩直徑d草繩=10mm，因為該機器采用了兩套排線裝置， 故包樹速度為V=2w轉(zhuǎn)盤d草繩=880mm/min 創(chuàng)新點與實用性能指標(biāo)4.創(chuàng)新點1、目前包樹基本靠人工完成，市場上的綁樹機只能用于已經(jīng)挖起的樹木上，目的是為了減少

15、裝飾性樹木運輸過程所占的空間，沒有功能相同的產(chǎn)品。而此機器采用了特殊設(shè)計的轉(zhuǎn)盤，樹可以通過轉(zhuǎn)盤上的缺口直接進入轉(zhuǎn)盤的中心，因此可以用于已經(jīng)植好的樹木。2、為了傳動這個帶缺口的轉(zhuǎn)盤，此機器采用“兩點傳動”的方式兩個摩擦輪處于不同位置，使其外緣與轉(zhuǎn)盤外緣接觸，從而保證在任何時間，至少有一個摩擦輪驅(qū)動轉(zhuǎn)盤。3、此機器采用了專門設(shè)計的排線裝置，可以在不受樹徑和繩徑變化干擾的情況下保證草繩纏繞的緊密程度。4、通過多套排線機構(gòu)和繞線機構(gòu)的搭配使用，可使效率成倍提高。5、通過調(diào)節(jié)裝置，能實現(xiàn)包樹高度可控。4.實用性能指標(biāo)1、受圓盤開口和儲繩筒大小的限制，包樹機對樹木的直徑有一定要求，只能對胸徑小于盤徑1/2

16、（約30mm）的樹木進行包樹，同一臺包樹機還不能實現(xiàn)對任意直徑樹木進行操作，但可通過采用不同規(guī)格機器彌補此不足。2、底座可像小車一樣隨意移動，方便靈活，基本適應(yīng)日常綠化樹木所處地形。3、最大繞繩高度由排線機構(gòu)中螺桿長度和導(dǎo)線桿形狀決定，可采用不同規(guī)格螺桿和導(dǎo)線桿以滿足不同高度要求。4、包樹速度為800mm/分鐘左右。5、機器大小為9007001200m3，重量30kg。6、包樹機功耗低（只有48W），續(xù)航時間長。5.應(yīng)用前景分析 我們研制的該款包樹機簡單實用，不僅能適應(yīng)不同胸徑的樹木，并且草繩纏繞的緊密度與高度在一定范圍內(nèi)可調(diào)。能以機械代替手工包樹，提高效率，降低勞動力成本，具有良好的應(yīng)用前景。 經(jīng)濟效益：1.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、加工制造方便、制造成本低，可以大批量生產(chǎn)。 2.以機械化取代人力，操作維護方便，適合環(huán)衛(wèi)工人使用,可大大節(jié)約人力資源和成本。 社會效益：1.機械化程度高，可以大大降低工