基于ProE的樹干繃帶纏繞機設計

王天賜 張欣毅 付宗品 吳皖龍

摘? 要：寒冷的冬天為了使樹木能夠健康茁壯的成長，通常需要給樹木包裹一層樹繃帶，不僅防寒保暖，還能減少害蟲侵蝕。然而人工纏繞樹繃帶，不僅費事費力，而且效率不高。本文設計了一種樹干繃帶纏繞機，能夠實現樹繃帶纏繞樹干的螺旋運動，具有使用方便，結構合理，性能高效等優點，極大地解放了雙手，提高了生產力。

關鍵詞：樹木防寒;ProE;纏繞裝置;虛擬樣機

1、引言：

在我國北方和東西部地區，冬季天氣嚴寒干冷，部分地區還常年多風，往往會使一些耐寒度不高的樹種遭受凍害或導致形成“生理干旱”，水分不能及時送達，使枝條枯干，更有甚者會使整個樹木死亡。為使樹木適應寒冷天氣安全越冬，通常需要人工進行纏繞，但人工纏繞需要耗費很長的時間和力氣，纏繞效率也不高。為解決此問題，本文設計了一種樹干繃帶纏繞機，具有使用方便，結構合理，性能高效等優點，極大地解放了雙手，提高了生產力。

2、技術方案

該設計通過三維制作軟件ProE來建立其三維立體模型，從而完成整體結構的設計。三維模型渲染圖如圖1所示。

3、結構設計

樹干繃帶纏繞機主要由繃帶安裝機構、繃帶傳輸機構、伸展探測機構、纏繞機構、固結繃帶機構、剪切機構等構成。

3.1繃帶安裝機構

繃帶安裝機構由繃帶支撐架和繃帶調節架組成。繃帶調節架上端設有握持把手，可直接通過握持把手向上拉起繃帶調節架，便于將繃帶圓盤安裝在繃帶調節架下端的繃帶安裝軸上，極大程度上方便了樹繃帶的拆卸，提高了其工作效率。繃帶安裝機構如圖2所示。

3.2繃帶傳輸機構

繃帶輸送機構由兩排水平輸送輪組、轉向架和支撐架等組成，輪組由電機提供輸送動力，可通過該機構將水平傳輸的樹繃帶轉換為豎直傳輸并進行壓緊操作，用于繃帶的定量輸送和后續的纏繞和剪切。繃帶傳輸機構如圖3所示。

3.2伸展探測機構和纏繞機構

伸展探測機構由雙目攝像頭、伸展減速電機、齒條等構成。雙目攝像頭是基于opencv的雙目立體攝像頭，可以通過雙目標定，進而再對標定的物體進行校正和立體匹配得到攝像頭與樹之間的距離，將所得數據傳送給stm32單片機并經一系列算法處理、轉化得到樹的直徑，進而轉化所需樹繃帶的量，保證有足量的樹繃帶來進行纏繞。

纏繞機構采用兩個步進電機驅動齒輪，齒輪相互嚙合傳動和滾珠絲杠上下傳動兩者結合的方式進行樹繃帶的纏繞。步進電機可帶動外齒輪轉動，外齒輪通過嚙合帶動不完全內齒輪和樹繃帶臨時儲存裝置繞樹木進行纏繞;絲杠轉動，帶動水平升降板上下移動，兩者結合使樹繃帶臨時儲存裝置對樹木進行自下而上有序的纏繞。

伸展探測機構和纏繞機構如圖4所示。

3.3固結繃帶機構

繃帶固結機構仿照訂書機的結構進行設計，減速電機帶動推釘支架和推釘板向前移動，推釘板內裝填有 C 形繃帶樹釘，推釘板擠壓 C 形繃帶樹釘使其從 C 形出釘槽釘擠出，釘入樹繃帶中，從而達到固定樹繃帶的作用，機構簡單，效率高效。固結繃帶機構如圖5所示。

3.4剪切機構

剪切機構采用皮帶輪帶動皮帶，皮帶帶動升降桿向上移動，進而使兩個擺桿帶動剪刀片將樹繃帶剪斷的結構設計，當繃帶纏繞完成后，能夠精準將樹繃帶剪斷，為下一棵樹的纏繞做準備。剪切機構如圖6所示。

4、工作原理

伸展探測機構通過雙目攝像頭處理所獲取的樹干信息，通過計算得出需要的繃帶數量，樹繃帶通過水平輸送滾輪壓緊，將樹繃帶移動到豎直夾層板上，經剪切機構將定量的樹繃帶儲存在臨時儲存裝置中，纏繞機構帶動臨時儲存裝置，通過齒輪傳動裝置組進行反向旋轉，將臨時儲存裝置中的樹繃帶纏繞到樹上，固結繃帶機構通過減速電機帶動推釘支架和推頂板向前伸出，仿照訂書機結構將 C 型繃帶樹釘釘入樹繃帶中，對樹繃帶起到固定的作用。剪切機構通過皮帶輪轉動，使得剪切片向上移動，將多余的樹繃帶剪切掉，如此，整個樹干繃帶包裹過程完成，該設備便可移動至下一顆樹旁，重復繃帶包裹過程。

5、實驗驗證

該裝置通過制圖軟件proe進行多次設計和修改后，并進行了有限元分析和運動分析，進而通過計算得到了該纏繞機的具體設計參數，如圖7所示。并根據具體設計參數進行了實物樣機的制作。樣機如圖8所示。

6、總結

該設計通過ProE進行三維模型的設計和修改、結構合理，各機構配合協調，成本較低，工作效率高、實用性強，具有良好的經濟效益。該纏繞機利用多種機構協調運行，結實耐用，持久性強，可以適用于果農、園林綠化等，也可為工程技術人員比較設計方案、評估具體運行狀態提供參考。

參考文獻

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