基本信息
- 項目名稱：
- 胡蜂巢摘取器創(chuàng)新設計制作
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本裝置涉及機械領域，特別是涉及一種密封柔性切割裝置，具體是一種胡蜂巢摘取器，由袋子部分和切割部分組成，主要裝備消防部隊用于地面作業(yè)機械化摘取胡蜂巢。通過直流無刷外轉(zhuǎn)子電機高速旋轉(zhuǎn)帶動尼龍切割繩，實現(xiàn)對胡蜂巢的柔性切割。電機控制采用目前電力電子技術應用最廣泛、研究最熱的脈沖寬度調(diào)制實現(xiàn)，是利用微處理器數(shù)字的輸出對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。
- 詳細介紹：
- 本項目設計的胡蜂巢摘取器以袋子部分為密封載體，通過無刷外轉(zhuǎn)子電動機帶動尼龍切割繩進行柔性切割，脈沖寬度調(diào)制控制電樞電壓以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定調(diào)速，主要裝備消防部隊用于地面作業(yè)機械化摘取胡蜂巢。 該裝置主要由袋子部分和切割部分組成。袋子部分在整個工作過程中承擔密封任務，由鋼圈、內(nèi)袋、外袋、支撐架組成。切割部分主要用于對胡蜂巢根部的切割，由切割機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)組成。切割機構(gòu)是由壓蓋、切割繩、電機以及連接零件通過螺紋緊固鏈接組成。轉(zhuǎn)向機構(gòu)可向擋板方向轉(zhuǎn)向，用于垂直位置的切割，以增強該裝置的空間適應性。 工作時，一個操作者將袋子部分舉起，拉動收緊繩初步密封胡蜂巢；另一操作者舉起切割部分，啟動電機并調(diào)節(jié)至合理轉(zhuǎn)速帶動切割繩旋轉(zhuǎn)切割胡蜂巢。在整個過程中，一直拉緊收緊繩保持密封效果。端頭打結(jié)的拉繩通過通孔銷、彈簧、支架的軸心孔及中空的伸縮桿內(nèi)部到操作者手中，轉(zhuǎn)向蓋下底有插銷孔，與通孔銷配合插入支架中，并用螺栓聯(lián)接。必要時，操作者可以通過拉繩使轉(zhuǎn)向蓋旋轉(zhuǎn)切割。切割完成時，胡蜂巢整體落入密封的內(nèi)袋，并順著外袋滾落地面完成工作。 該裝置具有小、輕、巧等特點，既克服了傳統(tǒng)手工摘取蜂巢的困難，又解決了園林機械振動噪聲大的缺陷。該裝置不僅適用于一維簡單蜂巢，還可以推廣到二維甚至多維蜂巢的切割。在產(chǎn)品性能成熟之后可以大量裝備消防部隊，亦或推廣到普通居民，達到消防資源人力物力的優(yōu)化配置效果。由于本裝置的切割原理簡單實用及控制技術的廣泛應用，通過部分修改和整合，本裝置也可作為小型園林多功能作業(yè)機械，能夠完成簡單的枝葉修飾、水果采摘等工作，從而避免了多項目混合作業(yè)造成的設備重復使用，具有很大的使用價值及市場推廣價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 發(fā)明目的： 目前，國內(nèi)摘取胡蜂巢主要采用傳統(tǒng)人工方式，雖然能達到摘取蜂巢目的，但由于蜂巢大小及地點的復雜性，其弊端是顯而易見的。 基本思路： 1.前期準備；2.方案選定；3.機械加工；4.電機確定；5.控制器整合；6.整機裝配調(diào)試。 一、整機結(jié)構(gòu)設計與幾何建模 1）整體布置設計 該裝置主要針對高空作業(yè)以及危險摘除任務，結(jié)構(gòu)設計上應滿足裝置零部件簡單、輕巧。 2）袋子部分設計與制作 袋子主要承擔整個過程中的密封任務。 3）切割機構(gòu)設計與制作 切割機構(gòu)用于完成切割蜂巢。 4）轉(zhuǎn)向機構(gòu)設計與制作 轉(zhuǎn)向蓋通過螺栓固定實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。 二、制作材料選擇 設計要求裝置的零件結(jié)構(gòu)簡單且輕巧，同時成本要低。 三、最優(yōu)切割轉(zhuǎn)速研究 改變電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，對相應紙板切割試驗，記錄試驗數(shù)據(jù)。 四、電機類型選擇確定 電機選用結(jié)構(gòu)簡單、效率高、壽命長等優(yōu)點的無刷直流電動機。 五、電機控制器設計制作 電機控制器采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)來控制電機電樞電壓的方法，實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定調(diào)速，具體由電子調(diào)速器和脈沖發(fā)生器組成。 創(chuàng)新點： 1、地面工作代替高空作業(yè)； 2、電機尼龍切割繩柔性切割，具有退讓性； 3、彌補了國內(nèi)市場胡蜂巢摘取機械的空白； 4、轉(zhuǎn)向機構(gòu)設計巧妙、簡潔實用。 技術關鍵及指標： 1、無刷外轉(zhuǎn)子電機尼龍切割繩柔性切割； 2、內(nèi)外袋結(jié)合； 3、轉(zhuǎn)向機構(gòu)設計制作； 4、電機控制器。
科學性、先進性
- 胡蜂巢摘取器通過直流無刷外轉(zhuǎn)子電機高速旋轉(zhuǎn)帶動尼龍切割繩，實現(xiàn)對胡蜂巢的柔性切割。 本裝置在地面工作代替高空作業(yè)的優(yōu)勢顯得尤為突出。尼龍繩柔性切割蜂巢的理念更是打破了傳統(tǒng)觀念的束縛，不但解決了園林機械切割振動及噪聲大的弊端，而且切割繩對硬物避讓性的特點也避免了造成不必要損失的后果。 綜上所述，科學的尼龍柔性切割與先進的控制技術應用結(jié)合于此胡蜂巢摘取器，整機美觀實用、輕巧便攜，從切割到摘除全程實現(xiàn)機械化，適用于多維胡蜂巢且密封性好，集多模塊于一體，易裝卸搬運，操作方便快捷。本裝置也可以擴展到其他有類似需要的環(huán)境，具有很大的使用價值及市場推廣價值。 參考文獻： [1]崔俊，張躍寧，李幸輝，張雅林，王培新，李有忠，李孟樓．中國襲人胡蜂防治研究進展[J]．西北林學院學報，2007． [2]劉小春，首珩．無刷直流電動機的單片機控制[J]．自動化技術與應用，2009．
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年11月在某校第二屆“XX杯”學生課外學術科技作品競賽中榮獲科技發(fā)明類一等獎； 2011年3月24日，提出專利申報，申報號：201120080559.1； 為確保作品的創(chuàng)新性，該作品正在查新，由于提交時間緊迫，查新報告只附于紙質(zhì)作品中。
作品所處階段
- 專利申請受理；實驗階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物模型；圖紙；現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 工作時，一個操作者將袋子部分舉起，拉動收緊繩初步密封胡蜂巢；另一操作者舉起切割部分，啟動電機并調(diào)節(jié)至合理轉(zhuǎn)速帶動切割繩旋轉(zhuǎn)切割胡蜂巢。在整個過程中，一直拉緊收緊繩保持密封效果。端頭打結(jié)的拉繩通過通孔銷、彈簧、支架的軸心孔及中空的伸縮桿內(nèi)部到操作者手中，轉(zhuǎn)向蓋下底有插銷孔，與通孔銷配合插入支架中，并用螺栓聯(lián)接。必要時，操作者可以通過拉繩使轉(zhuǎn)向蓋旋轉(zhuǎn)切割。切割完成時，胡蜂巢整體落入密封的內(nèi)袋，并順著外袋滾落地面完成工作。 該裝置具有小、輕、巧等特點，既克服了傳統(tǒng)手工摘取蜂巢的困難，又解決了園林機械振動噪聲大的缺陷。由于本裝置的切割原理簡單實用及控制技術的廣泛應用，本裝置也可作為小型園林多功能作業(yè)機械，能夠完成簡單的枝葉修飾、水果采摘等工作，具有很大的使用價值及市場推廣價值。 總之，通過對胡蜂巢摘取器的改進與整修，使其功能不僅限于摘取蜂巢，更可延伸到有類似需要的領域，裝備消防部隊的同時亦可推廣到各園林單位，其經(jīng)濟效益是不言而喻的。
同類課題研究水平概述
- 胡蜂又稱黃蜂，是毒性最強的蜂種，是社會性昆蟲，它們組成各自的群體并建造共棲的巢穴。多數(shù)胡蜂在樹上用蜂蠟或干草等材料建造結(jié)構(gòu)復雜的巢穴。 全球氣候變暖，國家出臺了一系列退耕還林的政策，胡蜂的數(shù)量大增，也導致蜇人事件頻繁發(fā)生。胡蜂活動時間主要在春夏，正在成為傷害城市公共安全的新問題，摘除馬蜂窩已成為消防部門的一項常務性服務，引起了社會的廣泛關注。 目前，國內(nèi)市場上還沒有專門摘取胡蜂巢的機械裝置，大多數(shù)情況下只能求助于消防部隊，依靠經(jīng)過特殊訓練的消防隊員手工、水攻或火攻摘取。手工摘蜂巢既費時又費力，很多時候是高空作業(yè)，而且胡蜂逃出數(shù)量很多，危險性大；水攻則需要準備高壓水槍，事先還要疏散人群，以防被激怒的蜂群螫傷，這勢必會受到當?shù)丨h(huán)境及人為因素的影響，這些都是國內(nèi)傳統(tǒng)常用摘取蜂巢方法的弊端。 除了現(xiàn)在最常用的傳統(tǒng)摘取蜂巢方法外，拍打或網(wǎng)捕、攜藥毒殺和巢穴熏殺等冷門方法也偶爾被用到。拍打或網(wǎng)捕只是解決了局部胡蜂襲人問題，根本不能解決問題的實質(zhì)，而且操作危險困難。攜藥毒殺是用小紗網(wǎng)拍輕輕捕獲胡蜂，然后將毒性較強的“農(nóng)藥+糖液”，涂在胡蜂的胸、腹部，再放飛。攜藥胡蜂回巢后，其他胡蜂即會舔食其體上的有毒糖液，致使全巢中毒。這種方法雖然可以達到消滅胡蜂的目的，但是一些農(nóng)藥對環(huán)境的破壞是顯而易見的，難免遺留新的環(huán)境問題。巢穴熏殺方法的基本思想與攜藥毒殺方法類似，主要是發(fā)現(xiàn)胡蜂巢穴后，在夜晚將農(nóng)藥撒到巢內(nèi)或巢口；對樹木或建筑物上的胡蜂巢，可用農(nóng)藥噴巢；或在小棉球內(nèi)吸入5～10mL的敵敵畏，然后綁在竹竿一端，將帶藥棉球插入胡蜂巢內(nèi)，即可毒死整群胡蜂。這種方法的弊端也同攜藥毒殺方法，由于采用了敵敵畏等農(nóng)藥，很容易引起新的環(huán)境問題，造成巨大的損失。 在國外，對胡蜂巢的摘取也只限于傳統(tǒng)的手工摘取及簡單的園林機械套用。利用一些割草機械在高空對胡蜂巢切割不但很難把握平衡，操作費力繁瑣，振動噪聲大，而且對硬物毫無退讓性，難免造成不必要的損失。 綜上所述，為了減少胡蜂對居民的危害，消除不必要的隱患，研制出一種專門摘取胡蜂巢，簡單、經(jīng)濟又實用的機械裝置是十分必要的。但是目前國內(nèi)外尚無關于胡蜂巢摘取器這方面的相關報道和產(chǎn)品，類似的實用型專利也甚為罕見，有的也只停留于理論構(gòu)想階段。因此，針對于胡蜂巢摘取器，國內(nèi)外研究水平相當，目前尚屬空白。
