慧鱼实验报告

1、华北电力大学实 验 报 告| 实验名称: 慧鱼创意系统的实践与开发课程名称： 科技创新实践3| 实验人：通信05K1班 许磊 051903010103 电气05K6班 邹园 051903010114机电05K2班 陈磊 051904030210成 绩：指导教师：房静 实验日期：2009.11.14-2009.12.10 华北电力大学工程训练中心请同学们注意说明书中必须加入模型的图片和程序文件，还要加入制作项目的心得体会。自动包树机设计说明作品内容简介针对目前包树这一工作基本由人工完成，且市场上没有能为已植好的树木包草绳的机器的现状，我们通过调研，根据需求，设计了这款自动包树机。我们的机器主要着

2、眼于解决包树过程中，如何将草绳缠在树上，以及如何比较容易的实现自动停机功能，对于比较复杂的定位和打结动作，考虑到手工完成反而简单，我们没有设计专门的机械装置。该自动包树机主要由底板机架、动力部分、传动机构、执行机构以及控制系统五部分组成，可以方便高效地在要移植的树木起苗前，给树干部分缠绕一层草绳，从而很好的起到保温保湿作用，大大降低蒸腾作用带来的危害，有效提高其存活率。该包树机能为任何胸径小于转盘缺口的树木包树，即只要树木能通过缺口进入该包树机的转盘中心。此包树机采用了专门的排线装置，不仅可以保证草绳缠绕的紧密度，还能在保证缠绕紧密地前提下对一定范围内任意直径的树木进行缠绕，而且允许同一棵树的

3、胸径有变化，最大绕绳高度由自动停机装置中限位开关的位置和导线杆的形状决定，可以通过调节限位开关的位置和改变导线杆的形状来调整包树的长度。根据设计方案，我们搭建了慧鱼模型，为了验证原理是否可行及是否具有应用价值，我们制作了工程样机，经过试验和现场使用，完全可以满足预期的设计要求。1 研制背景及意义绿色环保已经成为现代城市建设的主题，其中树木移植是城市绿化的一项重要措施，因而保证树木移植的存活率就显得尤为重要。在要移植的树木起苗前，给树干部分缠上一层草绳,一方面防止运输过程擦伤树皮,另一方面可以很好的起到保温保湿作用，有效提高其存活率。然而人工包树相当枯燥无味而且效率低下，通常需要三个人同时作业，

4、速度大约每两分钟一棵，费时费力。然而市场上现有的绑树机主要用于缩小装饰性树木运输时所占的空间，并没有能给未挖起的树木缠绕草绳的机械装置。因此我们研制了该款简单实用的包树机，不仅能适应不同胸径的树木，并且草绳缠绕的紧密度与高度在一定范围内可调，意在以机械代替手工包树，提高效率，降低劳动力成本。2设计方案21包树机功能分析1、实现包树所需要的旋转运动和逐步上升运动；2、实现对日常所见树木的包树，且在一定范围内，对树木直径是否变化基本不作要求；3、保证绳子每匝紧密接触，基本无缝隙，如果将主体装在适当平台上，还可以克服围栏和地形等限制因素，很方便地包树。4、能实现正反转包树，若第一棵从下往上包，下一棵

5、则从上往下包，以提高效率。5、有调节装置，实现包树高度可控。2.2底板机架的设计底板的主要功能是作为整个机器的运动平台,用于定位和固定其它四个功能装置，是包树机的移动及底座部分，其尺寸主要由其上固定的主体部分决定。如图1所示的一对齿轮可在底座上移动，以调节其与转盘的中心距，进而根据绳径调节排线的紧密程度，底座上齿轮位置的可调节范围由压板和底板上的导槽长度决定，并通过螺母夹紧固定。底座上的缺口是为了与主体部分对应，方便树木进入转盘中心，完成包树前的准备动作。底板上还固定了动力装置和传动装置，它们的位置是根据摩擦轮与转盘外缘接触时位置关系计算得出的。由于我们设计面向的使用对象是环卫工人，我们将整个

6、底板装置做成小车形式，操作简单，使用和维护方便。图1 底板机架结构原理图 图2 传动机构原理图2.3动力机构的设计考虑到柴油机不够环保而交流电又不太适合室外移动使用，我们决定动力部分采用使用蓄电池的直流电机，配合减速换向装置使用。经过计算,电机需满表1要求： 表1 动力装置主要参数额定电压额定电流额定功率输出转速24V2A48W220RPM2.4传动机构设计传动机构的作用主要是将动力传给包树执行机构，它由带轮、V型带、张紧装置和摩擦轮组成，由于带传动适用于实现相对距离较大的动力传送，成本低，寿命长，使用和维护方便，对恶劣的工况适应能力强，同时可以通过打滑实现保护作用。摩擦轮压紧转盘，通过摩擦力

7、，驱动转盘转动，具体如图2。图3 张紧装置原理图由于长期使用后，带的弹性变差，长度变大，所以需要有张紧装置与其配合使用。如图3所示的张紧装置，能使V型带张紧，保证带传动的效率。如图3所示，旋进旋转尾端螺钉，可使与带轮配合的曲轴伸出，改变带轮的位置，使带张紧。2.5包树执行机构的设计包树执行机构由转盘机构，排线机构和储绳筒三大部分组成，通过这三部分的有机结合，共同完成了包树功能。为提高效率，可采用多个储绳筒和排线器，每个储绳筒都要和其中的一组排线器对应，构成一个组件。考虑到占用的空间和草绳的重量，本机器采用两对。如图4所示，两组排线器的导线杆运动方向相同，都从上往下或从下往上，不同之处在于，一组

8、排线器导线杆包树的起点正好是另一组排线器导线杆包树的终点，即每组排线器只完成其中某一段的包树工作，具体包树的起始位置由导线杆的导线孔的起始位置决定。图4 包树执行机构原理图1转盘机构的设计 转盘机构主要由带缺口的转盘及导轨组成，因为大部分树均为竖直生长，所以包树机需有一缺口以方便树木进入包树机中央，同时为使机器能平稳运行，不致产生过大噪音和摩擦，影响使用，应采用导轨结构。所以转盘和导轨都需要带有缺口，当两个缺口重合时，机器缺口最大，此时树木可方便地进入。但如果缺口过大，则会造成转盘运转的不平衡，甚至发生倾覆，因此综合考虑以上因素，我们设计的转盘和导轨的缺口都为1/4圆弧大小。为避免运转时不致过

9、大刚性冲击，导轨及转盘缺口处应采用平滑过渡。为了避免缺口对传动的影响，我们采用摩擦轮两点传动，如图2所示，动力经V带传送给位于不同位置，但转速相同的两个摩擦轮，通过计算确定摩擦轮的位置，以保证在任一时刻都至少有一个摩擦轮与转盘接触，驱动转盘，保证转盘的持续转动。2排线机构的设计排线机构主要是为了保证绕绳紧密，排列有序，避免每匝草绳之间有过大间隙或重叠，确保包树的效果。排线机构的核心部件为光杆、底座齿轮、螺杆和螺母，螺杆底端有一齿轮，可带动螺杆转动，并在转盘转动过程中与底座齿轮间歇啮合。光杆被固定在转盘上，螺杆在转盘上可自由转动，螺母与螺杆配合，且被光杆约束，只能上下移动。整个机构随转盘一起运动

10、，转盘每旋转一周，螺杆底端齿轮通过与两个底座齿轮啮合传动，使螺杆被带动旋转特定角度，由于光杆的约束，实现螺母上升（或下降）一定距离，由于导线杆是固结在螺母上的，因而可以保证绕线高度逐渐上升（或下降），具体如图5。图5 排线器结构原理图 图6 自动停机结构原理图由于底座齿轮的位置是可以调节的，以改变螺杆底端齿轮与底座齿轮的最小距离，从而改变螺杆转动的角度，进而改变了螺母上升或下降的距离。这一距离由草绳的直径决定，根据草绳直径与螺杆底端齿轮和底座齿轮的最小距离之间的关系，我们可以根据草绳直径，调整底座齿轮的位置，实现排线紧密程度的可调。此外，由于螺杆底端齿轮与底座齿轮之间的啮合是间歇性的，故螺杆的

11、转动、螺母的移动都是间歇性的，也就是说，排线的紧密程度，只与草绳直径以及螺杆底端齿轮与底座齿轮的最小距离决定，而与转盘转速、转盘的直径和树的直径等因素无关。 图7控制电路原理图 图8 绕线机构原理图由于排线器上螺母是做上下移动的，因而自动停机装置与排线器可以做成一体。如图6所示，当包树接近完成时，排线器上的螺母达到某一位置，其上伸出的触片压到底座上的常闭开关K2或K3，开关断开，实现自动停机。电路如7图所示。此时，若转换开关K1,并按住点动开关K4,电机开始反转，转盘反向转动，排线器上伸出的触片与常闭开关K2或K3分离，开关处于常闭状态，此时不管按住或松开按钮K4，电机都将继续转动，开始反向包

12、树。3绕线机构的设计绕线机构主要是为了实现将绕有绳子的储绳筒置于转盘上，为排线机构连续提供绳子，同时避免绳子缠死和打结。储绳筒可方便拆卸，固定在储绳筒轴上，储绳筒轴置于转盘上，且可在转盘上自由转动。为节约成本和提高效率，草绳缠绕到储绳筒上这一步工作，可以由环卫部门通过机械化完成。因此当绳子用完后，使用者只需更换储绳筒即可，具体结构如图8。3 传动系统的理论分析、计算3，1包树机传动系统的运动简图 图9 主运动机构简图 图10（a） 排线器齿轮等效运动简图图10（b） 排线装置机构简图3.1底座齿轮位置的计算如图11所示，现已知齿轮齿数Z、模数m、固定齿轮与转盘中心距l1、草绳直径d、转盘直径D

13、和螺杆导程P以及两齿轮刚接触时的中心距l2，经分析知，转盘每转一周，排线机构就要上升一个绳子直径的高度，所以螺杆每周需转角度：dP360因有两个固定齿轮，因此螺杆与一个固定齿轮相接触时的应转角度为:B=dP180由图可知A=B2=dP90 (1)由余弦定理知 cosA=l12+l22-R22l1l2 (2)由（1）（2）两式联立知d=P900arccosl12+l22-R22l1l2取草绳直径为10mm，代入数值得 l1 =373mm。同理可得草绳直径为其他值时的底座齿轮位置。图11底座齿轮位置计算示意图3.2传动比的计算 如图9所示，传动部分由带传动和摩擦轮传动两部分组成。带传动的传动比为：

14、 i带= w主动轮/ w从动轮 摩擦轮传动的传动比为：i摩擦轮，转盘w摩擦轮/w转盘 由于两个带轮的外径大小相同，故在不考虑摩擦轮与转盘相对滑动的情况下i带=d从动轮/d主动轮=1：1i摩擦轮，转盘d摩擦轮/d转盘600mm/120mm5 故总的传动比i= i带i摩擦轮，转盘=5 由于采用的电机转速为220RPM，则：w转盘=w主动轮 /i=220RPM/5=44RPM 假设草绳直径d草绳=10mm，因为该机器采用了两套排线装置， 故包树速度为V=2w转盘d草绳=880mm/min 创新点与实用性能指标4.创新点1、目前包树基本靠人工完成，市场上的绑树机只能用于已经挖起的树木上，目的是为了减少

15、装饰性树木运输过程所占的空间，没有功能相同的产品。而此机器采用了特殊设计的转盘，树可以通过转盘上的缺口直接进入转盘的中心，因此可以用于已经植好的树木。2、为了传动这个带缺口的转盘，此机器采用“两点传动”的方式两个摩擦轮处于不同位置，使其外缘与转盘外缘接触，从而保证在任何时间，至少有一个摩擦轮驱动转盘。3、此机器采用了专门设计的排线装置，可以在不受树径和绳径变化干扰的情况下保证草绳缠绕的紧密程度。4、通过多套排线机构和绕线机构的搭配使用，可使效率成倍提高。5、通过调节装置，能实现包树高度可控。4.实用性能指标1、受圆盘开口和储绳筒大小的限制，包树机对树木的直径有一定要求，只能对胸径小于盘径1/2

16、（约30mm）的树木进行包树，同一台包树机还不能实现对任意直径树木进行操作，但可通过采用不同规格机器弥补此不足。2、底座可像小车一样随意移动，方便灵活，基本适应日常绿化树木所处地形。3、最大绕绳高度由排线机构中螺杆长度和导线杆形状决定，可采用不同规格螺杆和导线杆以满足不同高度要求。4、包树速度为800mm/分钟左右。5、机器大小为9007001200m3，重量30kg。6、包树机功耗低（只有48W），续航时间长。5.应用前景分析 我们研制的该款包树机简单实用，不仅能适应不同胸径的树木，并且草绳缠绕的紧密度与高度在一定范围内可调。能以机械代替手工包树，提高效率，降低劳动力成本，具有良好的应用前景。 经济效益：1.设备结构简单、加工制造方便、制造成本低，可以大批量生产。 2.以机械化取代人力，操作维护方便，适合环卫工人使用,可大大节约人力资源和成本。 社会效益：1.机械化程度高，可以大大降低工