树干石灰水喷涂机设计
摘 要
随着城市建设及工业的发展，城市污染也越来越严重。每个城市都努力扩大绿化面积。而在道路两旁植树是必不可少的，一方面是为绿化，另一方面也为道路安全。我们常常看到道路两旁的树干涂有石灰，之所以树干涂有石灰水，起作用如下：
一、石灰具有一定的杀菌，杀虫作用，可以杀死寄生在树干上的一些越冬的真菌，细菌和害虫。
二、由于害虫一般都喜欢黑色，肮脏的地方，不喜欢白色、干净的地方。树干涂上白色石灰，土壤里的害虫便不敢沿着树干爬到树上来捣蛋。
三、冬天，夜里温度很低；到了白天，气温升高，树干是黒褐色的，受到阳光照射易吸热并且温度上升很快。这样一冷一热，树干很容易冻裂。涂上白色的石灰后， 能够使40％－70％的阳光被反射掉，降低树干的昼夜温差起到保护作用。
但是据我们调查，现在街道两旁的树干上石灰大多由人工将石灰水用刷子涂上，作业工人拿着刷子沿着树干上起下蹲，而且还要绕树干一圈，不仅劳动强度大而且工作效率低，大大地浪费了体力与时间。
因此我们设计了树干石灰水喷涂机，它是一种机械化的树干石灰水喷涂机。根据树干石灰水喷涂实现方式的不同，可以将其分为人工粉刷和机器喷涂。
人工粉刷是指工人拿着刷墙的刷子，从石灰水桶中蘸取液体，然后围绕着粉刷树干。这种方法的优点是可以粉刷浓度和粘稠度较高的涂料，粉刷到任何地方，操作灵活。缺点是蘸取的量不好控制，而且劳动量大，耗费时间，效率低下。
机器喷涂是指利用压缩或压力机器提供的压力和动力将涂料喷射在需要喷涂的表面。这种流体喷涂方式的优点是不需要大量的劳动力，可连续不间断操作，高效简单，节约人力资本。缺点是对环境有一定程度的污染，喷涂高粘稠度的液体时，易堵塞喷头，作业时需要带压缩机和发电机。
这里设计出的树干石灰水喷涂机不但可以实现树干石灰水喷涂的目的，而且通过巧妙实用的机构，使得操作更简单方便，免去了不必要的多余肢体动作，很大程度上提高了工作效率，节省了大量的人力成本，社会效益巨大。
设计本产品的最重要的意义就是给环卫工作带了方便和效率。在喷头通过滑轨上下运动速度的控制问题上，我们采用手轮机构，通过钢绳人工提起喷头到达指定位置后，放开手轮使喷头自动缓缓向下运动并喷洒石灰水。这里采用多槽手柄嵌入式结构，实现了任意位置的自锁功能，可以方便的在任意想要停止的位置停住而不使喷头往下掉。喷头设计独到之处在于它能对不同树径实现360度整周喷洒石灰水。它由两根喷管组成，每一根喷管内壁都开有许多小孔，石灰水就从这些小孔中喷洒出来。这两根喷管是实现功能的关键，通过调节，它们可以定位在任意想要的位置，这就解决了树干直径不一的问题。
石灰水的配制是用生石灰30公斤、硫磺粉2至3公斤、食盐和面粉0.5公斤、油脂少量加水100公斤调制而成。由于石灰水溶液长时间不用，石灰水溶液内的悬浮物质会沉淀下来，可能会堵住压力喷雾器的内部的通道，导致喷头堵塞，给树干的喷涂带来不便。
因此，要在压力喷雾器内部设计一个自动搅拌系统，能够在石灰水溶液浓度变化时，自动的搅拌，使溶液混合均匀，以实现更加有效地喷涂。
本文主要对树干石灰水喷涂机进行详细的设计、计算、校核、选型。分析了石灰水喷涂机要求实现的功能要求，了解了同类型石灰水喷涂机的工作原理，基本结构，系统组成及功能；研究了石灰水喷涂机的系统构成及功能，各元器件的选型方法，以及系统的实现方式等。
本次设计石灰水喷涂机的基本功能和设计思路，根据所需要完成的任务和动作，结合石灰水喷涂机的实际要求，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成符合市场需求的低成本高技术含量的石灰水喷涂机的创新设计。其中包括机器装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现、传动方案的设计；单片机控制系统的设计；PRO/E 3D仿真设计和造型；零件虚拟装配，及关键技术的分析与实现、主要结构的设计简图；设计计算与说明、设计小结。
机械部分设计采用的思路是国际上流行的虚拟设计理念。即运用3D设计软件PRO/E进行边构思边设计，完成产品的外观设计和各个零部件的仿真造型，再对整体进行虚拟装配，从而能够在整体设计的基础上全面的考虑各个细节的处理，使得整个设计更加的合理，科学。完成虚拟装配后，在PRO/E软件的虚拟环境下对产品进行运动仿真和运动干涉检测，完成质量，重心以及受力分析，在此基础上可以完成比传统设计更为精确和可靠的静力学运算及校核。在完全仿真的虚拟设计环境里，设计出最优的方案。然后，根据虚拟设计的模型用AUTOCAD绘制装配图和必要的零部件图，方便产品的加工和装配。
树干石灰水喷涂机是一个简单的机电一体化产品，融合了很多相关技术。其主要技术路线是对石灰水喷涂机进行详细的设计、计算、校核、选型，以实现生产厂家指定的功能，并整理成书面报告；绘制石灰水喷涂机的装配图或结构图；绘制各组成部件的元件图。
设计主要包括了树干石灰水喷涂机的结构，装配，选材，执行机构，喷射装置选择，以及传动方式的选择。本文对设计中，石灰水喷涂机的结构图，装配图，零件图，都有详细的说明。
关键词: 树干 石灰水 溶液浓度检测 自动搅拌系统 虚拟装配
目录
摘 要... I
Abstract III
目录 VI
第1章 绪论 1
1.1 设计的背景与意义 1
1.2 国内外的研究或设计开发情况 2
1.3 目前存在的主要问题 3
1.4 设计的性质和任务 4
第2章 树干石灰水喷涂机设计相关基础――虚拟装配技术 5
2.1 基本概念 5
2.1.1虚拟装配 5
2.1.2装配关系 5
2.1.3装配约束 6
2.2 基于装配约束的产品设计 6
2.2.1基于装配约束的CAD设计思想 6
2.2.2基于装配约束的产品CAD设计方法 6
2.3 本设计采用的设计软件――PROE 7
第3章 机械设计简介 10
3.1 设计准则 10
3.2 尺寸公差和表面粗糙度 11
第4章 树干石灰水喷涂机原理方案构思和拟定 13
4.1 整体方案 13
4.2 喷涂流程设计 13
4.3 箱体设计 15
4.4 执行机构设计 16
4.4.1 全包式喷头设计 16
4.4.2 喷头固定块设计 16
4.4.3 滑轨引导装置设计 17
4.4.4 多槽手柄嵌入式结构 19
4.5压力装置与传动装置设计 21
4.5.1 压力喷射装置 21
4.5.2 传动装置 23
4.6喷雾器内部浓度检测自动搅拌机控制系统设计 24
4.6.1 功能概述 24
4.6.2 系统元器件组成 24
4.6.3 液体浓度传感器 25
4.6.4 OP07放大器 26
4.6.5 PIC16F87X系列单片机 27
4.6.6 TIL117光电耦合器 29
4.6.7 控制电路及分析 31
4.7虚拟装配图与实物图 32
第5章 设计参数计算 33
第6章 设计总结 34
参考文献 35
致 谢 37
