目前，我國(guó)樹(shù)木的涂白工作主要由人工完成，但這種傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式存在著涂白質(zhì)量參差不齊、工作效率低下、涂刷原料浪費(fèi)過(guò)大、涂白劑對(duì)人體危害大等缺點(diǎn)。相關(guān)科研院校曾經(jīng)提出一些設(shè)計(jì)思路并申請(qǐng)了發(fā)明專利，但是由于零部件加工難度大、控制系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜、地面環(huán)境適應(yīng)能力差等而難以推廣。

本文針對(duì)人工樹(shù)木的涂白及我國(guó)樹(shù)干涂刷裝置的研究現(xiàn)狀，研制了一套智能樹(shù)干涂刷裝置，其具有易于控制，適應(yīng)性較強(qiáng)，工作效率及自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，以滿足公共服務(wù)系統(tǒng)對(duì)樹(shù)木涂刷需求。

1 自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置系統(tǒng)構(gòu)成

1）移動(dòng)系統(tǒng)。移動(dòng)裝置包括機(jī)架及底盤模塊，機(jī)架擬采用前置V型卡槽手推車的結(jié)構(gòu)，承重與支撐整個(gè)機(jī)構(gòu)。智能樹(shù)干涂刷裝置的車體底盤安裝機(jī)架，擬采用四輪結(jié)構(gòu)，具有較高的穩(wěn)定性和對(duì)地面的適應(yīng)性。

2）噴涂機(jī)構(gòu)及其選向、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。噴涂機(jī)構(gòu)作為自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置最直接的執(zhí)行裝置，可移動(dòng)式噴涂機(jī)構(gòu)擬采用4個(gè)開(kāi)度可調(diào)型環(huán)形噴頭以滿足不同樹(shù)徑噴刷需求。其選向及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足環(huán)形噴頭自動(dòng)選向、上下運(yùn)動(dòng)。

3）傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)作為該智能樹(shù)干涂刷裝置工作的能量傳遞載體，包括攪拌電動(dòng)機(jī)到攪拌裝置的傳動(dòng)、可移動(dòng)式噴涂機(jī)構(gòu)與換向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)、可移動(dòng)式噴涂機(jī)構(gòu)與升降電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)以及開(kāi)度可調(diào)型環(huán)形噴頭與其開(kāi)合電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)。

4）控制系統(tǒng)。智能樹(shù)干涂刷裝置采用基于可編程控制器的控制系統(tǒng)，包括控制器、外圍回路、控制流程，以實(shí)現(xiàn)供液系統(tǒng)自動(dòng)加壓、可移動(dòng)式噴涂機(jī)構(gòu)的自動(dòng)選向、上下運(yùn)動(dòng)及噴刷等動(dòng)作。

5）儲(chǔ)能式供液系統(tǒng)。儲(chǔ)能式供液系統(tǒng)包括盛放容器及攪拌裝置、加壓風(fēng)機(jī)、液體輸送管道及相應(yīng)的控制閥門，實(shí)現(xiàn)涂覆劑自動(dòng)儲(chǔ)能，避免風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間疲勞損壞。

2 自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置三維建模

本文根據(jù)樹(shù)木涂白裝置系統(tǒng)構(gòu)成及功能，基于SolidWorks完成自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置三維建模。選擇合適的設(shè)計(jì)類型及結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)智能涂刷裝置總圖及零件圖，合理設(shè)計(jì)智能涂刷裝置零件及尺寸參數(shù)。

圖1（a）智能涂刷裝置三維模型俯視圖

圖1（b）智能涂刷裝置三維模型主視圖

3 可移動(dòng)式噴涂機(jī)構(gòu)分析（略）

噴涂機(jī)構(gòu)是自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置的核心機(jī)構(gòu)，是滿足360°環(huán)抱噴涂刷工藝要求的最直接的執(zhí)行裝置，因此對(duì)其做必要的運(yùn)動(dòng)及力學(xué)分析意義重大。

圖4 支架應(yīng)力場(chǎng)

由圖4可以看出，支架靠近驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一側(cè)受力比較大，而與環(huán)形噴頭連接側(cè)的受力較小，因此支架靠近驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)的強(qiáng)度應(yīng)重點(diǎn)考慮。

4 自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置涂刷工藝過(guò)程

1）涂刷工藝過(guò)程

將自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置的V型卡槽卡住樹(shù)桿，可伸縮樹(shù)徑測(cè)量?jī)x將其伸縮量采集并傳輸給可編程控制器，可編程控制器根據(jù)計(jì)算可得知預(yù)刷白樹(shù)木的大致直徑。然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)合適大小的環(huán)形噴頭至開(kāi)口端，并與樹(shù)木貼合。

控制器控制推桿電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)，在齒輪與齒條的配合下，齒條推動(dòng)兩根支架的鉸接端運(yùn)動(dòng)，使兩個(gè)環(huán)形噴頭將樹(shù)木環(huán)抱箍緊，接著控制器控制加壓風(fēng)機(jī)對(duì)涂覆劑存儲(chǔ)箱內(nèi)加壓，同時(shí)控制電磁閥開(kāi)啟，使涂覆劑沿管道進(jìn)入可伸縮軟管內(nèi)，將涂覆劑噴涂在樹(shù)干上，與此同時(shí)，升降電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，升降臺(tái)通過(guò)定位磁體與次連接桿定位連接，并推動(dòng)環(huán)形噴頭升降，完成樹(shù)干刷白作業(yè)。

圖5 涂刷工藝流程圖

2）儲(chǔ)能式供液壓力及液位控制過(guò)程

自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置在進(jìn)行樹(shù)干涂覆時(shí)，對(duì)涂覆劑的液位和壓力有嚴(yán)格要求，涂覆劑應(yīng)保持一定壓力及液位，以便其足量地噴覆在樹(shù)干表面，滿足樹(shù)干防蟲(chóng)、保暖要求。運(yùn)行中控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)涂覆劑壓力、液位，當(dāng)?shù)陀谝笾禃r(shí)，則控制加壓風(fēng)機(jī)及補(bǔ)給泵起動(dòng)補(bǔ)充涂覆劑及其壓力。

3）涂覆劑攪拌工藝過(guò)程

為了保證自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置正常、可靠工作，涂覆劑必須保證一定的溶解度要求，當(dāng)自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置開(kāi)起后，控制器則發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)涂覆劑翻動(dòng)，防止涂覆劑沉淀，保證涂覆劑的溶解度要求。

自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置完成整個(gè)樹(shù)干涂覆工藝流程如圖6所示。

圖6 涂覆劑加壓工藝流程圖

總結(jié)

本文依據(jù)我國(guó)林木涂白現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出一種自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置。通過(guò)該裝置基于SolidWorks三維建模及其重要部件（環(huán)形噴頭及支架）的運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化模型。

該自適應(yīng)式智能樹(shù)干涂刷裝置基于可編程控制器實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)、儲(chǔ)能式供液系統(tǒng)、噴涂機(jī)構(gòu)及換向系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)與配合，自動(dòng)完成樹(shù)徑測(cè)量、噴頭尺寸選擇及涂覆工作。同時(shí)集成4×4行星輪結(jié)構(gòu)的移動(dòng)系統(tǒng)能夠提高該裝置的環(huán)境適應(yīng)能力。