一种自动升降式树木刷白机的设计

高彦玉，时 玲，杨陆强，陈 凯，赵玉清

(云南农业大学机电工程学院，云南 昆明 650201)



研究与设计

一种自动升降式树木刷白机的设计

高彦玉，时 玲，杨陆强，陈 凯，赵玉清*

(云南农业大学机电工程学院，云南 昆明 650201)

为防止害虫在翘裂的树皮上产卵和化蛹，消灭寄附在树皮上的害虫和病菌，同时兼有防冻和防日灼作用，设计了一种自动升降式树木刷白机。阐述了刷白机的总体结构、工作原理及主要部件的设计，该机主要由行走装置、升降机构、输送装置、喷浆机构等组成，可通过自动调节喷浆装置的开度来适应不同直径的树木，通过与丝杆的滑动连接可自由控制喷浆装置的喷浆高度。该树木刷白具有机结构简单，体积小，质量轻等特点，可广泛应用于植物保护和美化市容等方面。

树木防害；建模；树木刷白机；设计

低温冻害是全球性的自然灾害，其严重制约着农林业的生产。目前对植物冻害的预防措施主要有以下几种：因地制宜地选择合适的植物品种；培育抗冻良种；重视水肥管理，科学施肥，深翻地；培育抗冻性强的壮苗或植株等[1-2]。

树木在生长过程中会产生腐烂病和溃疡病，天牛、吉丁虫等害虫也可能在树干上产卵。树木病虫害发生的一个主要原因是工作人员对病虫害没有给予足够的重视，或者是对病虫害的预防意识不强。防止树木发生病虫害采取的主要措施有树干涂白、树干涂胶、树干疗伤等方法，有些方法在一定程度上使用了化学药剂，从而会引起环境污染。目前，国内外大多采用人工法或自动毛刷臂刷涂等方法进行树木刷白，这种方法在工作过程中会对人体产生一定的伤害，工作人员需佩带防护措施；这种方法还存在效率低、劳动强度大，以及涂刷时高度难以保持一致等问题，为此设计了一种自动升降式树木刷白机。

1 刷白机总体结构及工作原理

1.1 主要结构组成

自动升降式树木刷白机主要由搅拌电机、石灰浆罐、液压泵、磁控阀、喷浆支架等组成，如图1所示。

图1 树木刷白机整体结构示意图1.把手；2.推杆；3.搅拌电机；4.搅拌片；5.石灰浆罐；6.转向轮；7.液压泵；8.行走轮；9.提升套；10.磁控阀；11.喷浆支架；12.喷浆罩壳；13.喷嘴；14.分液管；15.导轨；16.丝杠；17.升降电机；18.出液管

树木刷白机的搅拌电机通过套环和螺栓固定在搅拌电机架上，搅拌片固定在搅拌电机轴上，石灰浆罐固定在支撑板上，转向轮通过轴和轴承与转向轮架连接，液压泵固定在支撑板上，磁控阀上端焊接在提升套上，下端通过轴承与喷浆支架连接，喷浆罩壳固定在喷浆支架上，喷嘴固定在喷嘴管上，分液管为一定长度的柔性管，其通过密封圈固定在喷浆罩壳和出液管上，并给喷嘴管供液，出液管始端固定在石灰浆罐上，中端固定在出液管架上，末端通过密封圈与分液管相连接。

1.2 刷白原理及工作过程

树木刷白后由于石灰水呈弱碱性，可以较好地杀死树干中的有害病菌和虫卵。树木刷白是将生石灰、石硫合剂、盐及水这四种物质按一定的比例混合在一起，并用刷子蘸取后刷到树根表面处，从而起到树木保暖防冻及防病虫害的作用。刷白机在升降电机和丝杠的作用下，通过液压泵将储藏在石灰浆罐里的石灰浆输送至环形喷浆装置里，提升套带动喷浆罩壳进行上下移动，在磁控阀的作用下喷浆支架控制喷浆罩壳的开合，进而可对直径不同的树干进行喷浆，其对树木的直径有很好的适应性，喷浆装置可自由升降，以此控制喷浆高度，石灰浆由出液管流至分液管并进入喷嘴管中，进而给喷嘴供液。最终达到对树木刷白的目的。

2 刷白机主要工作部件设计

自动升降式树木刷白机主要包括行走装置、动力机构、升降装置、供液系统及刷白装置等几部分。其中，行走装置主要由行走轮和限位轮组成；动力机构由搅拌电机、升降电机和液压泵组成；升降装置由磁控阀、提升套和丝杠组成；供液系统由石灰浆容器、液压泵、搅拌电机组成；刷白装置由喷浆支架、喷浆罩壳和喷嘴组成。为了满足刷白机的设计要求，必须对该机的主要工作部件进行结构分析和强度校核。

2.1 喷浆机构设计

喷浆机构由输液管、喷头组、防护罩三部分组成。两根输液管两端分别密封，防止张开后液体漏出。保护罩防止石灰浆飞溅。喷头采用新型的环抱式高压六喷头设计，喷头在工作过程中还应具有较好的防堵功能，可以根据树木的直径改变开合角度，从而适应不同直径树木的喷涂，六喷头各控60°，本着不重叠的原则设计，不仅缩短了喷涂行程，而且喷涂均匀，质量好，解决了喷涂不到位需人工再次进行涂刷以去除死角的问题。喷浆机构的喷射压力为5～7 MPa，有效喷射角为120°，喷射半径为300～500 mm，喷射流量为200～300 mL/s。喷浆结构示意图如图2所示。

图2 喷浆结构示意图

2.2 升降机构设计

机架的底端装有转向轮，其在工作过程中能较好地实现左右转向，使刷白机能够平稳运行，机架前行靠驱动电机带动行驶轮从而带动整机运动。工作台的上下移动主要是靠电机驱动丝杠螺母导轨上下运动，升降电机通过螺栓固定在升降电机座上[3]，丝杠上端通过键与升降电机连接，提升套大孔与丝杠配合，小孔与导轨配合，磁控阀上端焊接在提升套上，下端通过轴承与喷浆支架连接，喷浆罩壳焊接固定在喷浆支架上，在升降电机的作用下喷浆罩壳可实现自由升降，在磁控阀的作用下喷浆罩壳可实现一定角度的自由开合。

2.3 供液系统设计

石灰浆容器放置在机架的中端，既提供液体又起到配重的作用；石灰浆容器内部的搅拌装置通过电机带动，既可以有效地防止石灰浆的沉淀，又可以提高喷涂质量。石灰浆容器与外置泵体相连，泵经输液管与喷头连接，以提供源源不断的石灰浆，液压泵的输出功率为5 kW。由于石灰水具有一定的腐蚀性，因此要求石灰浆罐必须具有耐高强度酸碱的功能，为防止石灰水沉淀加装了搅拌装置，以使液固流体处于悬浮状态便于输出[4]。搅拌装置示意图如图3所示。

图3 搅拌装置示意图1.搅拌轴；2.石灰罐；3.搅拌片

3 刷白机搅拌轴校核

在石灰浆容器内，搅拌轴起着至关重要的作用，搅拌轴的结构设计是否合理关系到整个机器的尺寸及成本等。在设计过程中，由于搅拌轴上的应力集中问题难以考虑全面，所以采用常规的力学设计方法或有限元方法进行分析。

4 结束语

(1)树木刷白机能在搅拌电机作用下自动搅拌石灰浆，在液压泵作用下能轻松输送石灰浆，在磁控阀的作用下可控制喷雾罩壳的开合，以适应不同直径的树木。

(2)树木刷白机能在人力作用下自由转向和前行，在丝杠的提升作用下能自由控制喷雾的高度。

(3)树木刷白机结构简单，体积小，质量轻，可广泛应用于植物保护和美化市容等方面。树木刷白机较好地实现了树木刷白的机械化，具有广阔的应用前景。

[1] 高为勇.探析植物防冻防寒的措施[J].山西农经，2014(5)：122-123.

[2] 李先文，黄新华.植物冻害发生的机制及预防措施[J].湖北农业科学，2010，49(10)：2579-2581.

[3] 王新春，尚振国.植保机械设计制造技术研究现状及发展趋势[J].现代农业科技，2011(2)：282-282.

[4] 宋宇.植保机械的主要形式和技术特点分析[J].当代农机，2014(11)：58-59.

[5] 濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[6] 付秀，辛颖，谷周澎.一种基于人机交互的树干智能涂白装置结构设计[J].森林工程，2016，32(5)：55-58.

[7] 廖林清，王丽凤，马安朋，等.双离合器自动变速器起步技术的研究概述[J].林业机械与木工设备，2016，44(5)：8-12.

(责任编辑 张雅芳)

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

云南省教育厅一般项目(2014c065y)；云南农业大学第五批“百名”青年学术和技术带头人培养计划项目

高彦玉(1991-)，女，云南昭通人，硕士研究生，主要从事农林机械的研究，E-mail：928051487@qq.com。

*通讯作者：赵玉清(1975-)，男，云南大理人，副教授，硕士研究生导师，主要从事农业机械化工程的研究，E-mail：331863839@qq.com。