目前，我國樹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、涂刷原料浪費過大、涂白劑對人體危害大等缺點。相關(guān)科研院校曾經(jīng)提出一些設(shè)計思路并申請了發(fā)明專利，但是由于零部件加工難度大、控制系統(tǒng)過于復雜、地面環(huán)境適應能力差等而難以推廣。

本文針對人工樹木的涂白及我國樹干涂刷裝置的研究現(xiàn)狀，研制了一套智能樹干涂刷裝置，其具有易于控制，適應性較強，工作效率及自動化程度高等優(yōu)點，以滿足公共服務系統(tǒng)對樹木涂刷需求。

1 自適應式智能樹干涂刷裝置系統(tǒng)構(gòu)成

1）移動系統(tǒng)。移動裝置包括機架及底盤模塊，機架擬采用前置V型卡槽手推車的結(jié)構(gòu)，承重與支撐整個機構(gòu)。智能樹干涂刷裝置的車體底盤安裝機架，擬采用四輪結(jié)構(gòu)，具有較高的穩(wěn)定性和對地面的適應性。

2）噴涂機構(gòu)及其選向、運動機構(gòu)。噴涂機構(gòu)作為自適應式智能樹干涂刷裝置最直接的執(zhí)行裝置，可移動式噴涂機構(gòu)擬采用4個開度可調(diào)型環(huán)形噴頭以滿足不同樹徑噴刷需求。其選向及運動機構(gòu)滿足環(huán)形噴頭自動選向、上下運動。

3）傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)作為該智能樹干涂刷裝置工作的能量傳遞載體，包括攪拌電動機到攪拌裝置的傳動、可移動式噴涂機構(gòu)與換向步進電動機之間的傳動、可移動式噴涂機構(gòu)與升降電動機之間的傳動以及開度可調(diào)型環(huán)形噴頭與其開合電動機之間的傳動。

4）控制系統(tǒng)。智能樹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，以實現(xiàn)供液系統(tǒng)自動加壓、可移動式噴涂機構(gòu)的自動選向、上下運動及噴刷等動作。

5）儲能式供液系統(tǒng)。儲能式供液系統(tǒng)包括盛放容器及攪拌裝置、加壓風機、液體輸送管道及相應的控制閥門，實現(xiàn)涂覆劑自動儲能，避免風機長時間疲勞損壞。

2 自適應式智能樹干涂刷裝置三維建模

本文根據(jù)樹木涂白裝置系統(tǒng)構(gòu)成及功能，基于SolidWorks完成自適應式智能樹干涂刷裝置三維建模。選擇合適的設(shè)計類型及結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計智能涂刷裝置總圖及零件圖，合理設(shè)計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 可移動式噴涂機構(gòu)分析（略）

噴涂機構(gòu)是自適應式智能樹干涂刷裝置的核心機構(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，因此對其做必要的運動及力學分析意義重大。

圖4 支架應力場

由圖4可以看出，支架靠近驅(qū)動電機的一側(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)動電機側(cè)的強度應重點考慮。

4 自適應式智能樹干涂刷裝置涂刷工藝過程

1）涂刷工藝過程

將自適應式智能樹干涂刷裝置的V型卡槽卡住樹桿，可伸縮樹徑測量儀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)計算可得知預刷白樹木的大致直徑。然后根據(jù)計算結(jié)果控制步進電動機旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)合適大小的環(huán)形噴頭至開口端，并與樹木貼合。

控制器控制推桿電動機運動，在齒輪與齒條的配合下，齒條推動兩根支架的鉸接端運動，使兩個環(huán)形噴頭將樹木環(huán)抱箍緊，接著控制器控制加壓風機對涂覆劑存儲箱內(nèi)加壓，同時控制電磁閥開啟，使涂覆劑沿管道進入可伸縮軟管內(nèi)，將涂覆劑噴涂在樹干上，與此同時，升降電動機開始工作，升降臺通過定位磁體與次連接桿定位連接，并推動環(huán)形噴頭升降，完成樹干刷白作業(yè)。

圖5 涂刷工藝流程圖

2）儲能式供液壓力及液位控制過程

自適應式智能樹干涂刷裝置在進行樹干涂覆時，對涂覆劑的液位和壓力有嚴格要求，涂覆劑應保持一定壓力及液位，以便其足量地噴覆在樹干表面，滿足樹干防蟲、保暖要求。運行中控制器實時檢測涂覆劑壓力、液位，當?shù)陀谝笾禃r，則控制加壓風機及補給泵起動補充涂覆劑及其壓力。

3）涂覆劑攪拌工藝過程

為了保證自適應式智能樹干涂刷裝置正常、可靠工作，涂覆劑必須保證一定的溶解度要求，當自適應式智能樹干涂刷裝置開起后，控制器則發(fā)出指令，驅(qū)動攪拌電動機運行，帶動涂覆劑翻動，防止涂覆劑沉淀，保證涂覆劑的溶解度要求。

自適應式智能樹干涂刷裝置完成整個樹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)我國林木涂白現(xiàn)狀，設(shè)計出一種自適應式智能樹干涂刷裝置。通過該裝置基于SolidWorks三維建模及其重要部件（環(huán)形噴頭及支架）的運動、應力分析，根據(jù)計算結(jié)果進一步優(yōu)化模型。

該自適應式智能樹干涂刷裝置基于可編程控制器實現(xiàn)傳動系統(tǒng)、儲能式供液系統(tǒng)、噴涂機構(gòu)及換向系統(tǒng)之間的聯(lián)動與配合，自動完成樹徑測量、噴頭尺寸選擇及涂覆工作。同時集成4×4行星輪結(jié)構(gòu)的移動系統(tǒng)能夠提高該裝置的環(huán)境適應能力。