基本信息
- 项目名称：
- 胡蜂巢摘取器创新设计制作
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本装置涉及机械领域，特别是涉及一种密封柔性切割装置，具体是一种胡蜂巢摘取器，由袋子部分和切割部分组成，主要装备消防部队用于地面作业机械化摘取胡蜂巢。通过直流无刷外转子电机高速旋转带动尼龙切割绳，实现对胡蜂巢的柔性切割。电机控制采用目前电力电子技术应用最广泛、研究最热的脉冲宽度调制实现，是利用微处理器数字的输出对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
- 详细介绍：
- 本项目设计的胡蜂巢摘取器以袋子部分为密封载体，通过无刷外转子电动机带动尼龙切割绳进行柔性切割，脉冲宽度调制控制电枢电压以实现连续稳定调速，主要装备消防部队用于地面作业机械化摘取胡蜂巢。 该装置主要由袋子部分和切割部分组成。袋子部分在整个工作过程中承担密封任务，由钢圈、内袋、外袋、支撑架组成。切割部分主要用于对胡蜂巢根部的切割，由切割机构和转向机构组成。切割机构是由压盖、切割绳、电机以及连接零件通过螺纹紧固链接组成。转向机构可向挡板方向转向，用于垂直位置的切割，以增强该装置的空间适应性。 工作时，一个操作者将袋子部分举起，拉动收紧绳初步密封胡蜂巢；另一操作者举起切割部分，启动电机并调节至合理转速带动切割绳旋转切割胡蜂巢。在整个过程中，一直拉紧收紧绳保持密封效果。端头打结的拉绳通过通孔销、弹簧、支架的轴心孔及中空的伸缩杆内部到操作者手中，转向盖下底有插销孔，与通孔销配合插入支架中，并用螺栓联接。必要时，操作者可以通过拉绳使转向盖旋转切割。切割完成时，胡蜂巢整体落入密封的内袋，并顺着外袋滚落地面完成工作。 该装置具有小、轻、巧等特点，既克服了传统手工摘取蜂巢的困难，又解决了园林机械振动噪声大的缺陷。该装置不仅适用于一维简单蜂巢，还可以推广到二维甚至多维蜂巢的切割。在产品性能成熟之后可以大量装备消防部队，亦或推广到普通居民，达到消防资源人力物力的优化配置效果。由于本装置的切割原理简单实用及控制技术的广泛应用，通过部分修改和整合，本装置也可作为小型园林多功能作业机械，能够完成简单的枝叶修饰、水果采摘等工作，从而避免了多项目混合作业造成的设备重复使用，具有很大的使用价值及市场推广价值。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的： 目前，国内摘取胡蜂巢主要采用传统人工方式，虽然能达到摘取蜂巢目的，但由于蜂巢大小及地点的复杂性，其弊端是显而易见的。 基本思路： 1.前期准备；2.方案选定；3.机械加工；4.电机确定；5.控制器整合；6.整机装配调试。 一、整机结构设计与几何建模 1）整体布置设计 该装置主要针对高空作业以及危险摘除任务，结构设计上应满足装置零部件简单、轻巧。 2）袋子部分设计与制作 袋子主要承担整个过程中的密封任务。 3）切割机构设计与制作 切割机构用于完成切割蜂巢。 4）转向机构设计与制作 转向盖通过螺栓固定实现旋转。 二、制作材料选择 设计要求装置的零件结构简单且轻巧，同时成本要低。 三、最优切割转速研究 改变电压调节转速，对相应纸板切割试验，记录试验数据。 四、电机类型选择确定 电机选用结构简单、效率高、寿命长等优点的无刷直流电动机。 五、电机控制器设计制作 电机控制器采用脉冲宽度调制(PWM)来控制电机电枢电压的方法，实现连续稳定调速，具体由电子调速器和脉冲发生器组成。 创新点： 1、地面工作代替高空作业； 2、电机尼龙切割绳柔性切割，具有退让性； 3、弥补了国内市场胡蜂巢摘取机械的空白； 4、转向机构设计巧妙、简洁实用。 技术关键及指标： 1、无刷外转子电机尼龙切割绳柔性切割； 2、内外袋结合； 3、转向机构设计制作； 4、电机控制器。
科学性、先进性
- 胡蜂巢摘取器通过直流无刷外转子电机高速旋转带动尼龙切割绳，实现对胡蜂巢的柔性切割。 本装置在地面工作代替高空作业的优势显得尤为突出。尼龙绳柔性切割蜂巢的理念更是打破了传统观念的束缚，不但解决了园林机械切割振动及噪声大的弊端，而且切割绳对硬物避让性的特点也避免了造成不必要损失的后果。 综上所述，科学的尼龙柔性切割与先进的控制技术应用结合于此胡蜂巢摘取器，整机美观实用、轻巧便携，从切割到摘除全程实现机械化，适用于多维胡蜂巢且密封性好，集多模块于一体，易装卸搬运，操作方便快捷。本装置也可以扩展到其他有类似需要的环境，具有很大的使用价值及市场推广价值。 参考文献： [1]崔俊，张跃宁，李幸辉，张雅林，王培新，李有忠，李孟楼．中国袭人胡蜂防治研究进展[J]．西北林学院学报，2007． [2]刘小春，首珩．无刷直流电动机的单片机控制[J]．自动化技术与应用，2009．
获奖情况及鉴定结果
- 2010年11月在某校第二届“XX杯”学生课外学术科技作品竞赛中荣获科技发明类一等奖； 2011年3月24日，提出专利申报，申报号：201120080559.1； 为确保作品的创新性，该作品正在查新，由于提交时间紧迫，查新报告只附于纸质作品中。
作品所处阶段
- 专利申请受理；实验阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物模型；图纸；现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 工作时，一个操作者将袋子部分举起，拉动收紧绳初步密封胡蜂巢；另一操作者举起切割部分，启动电机并调节至合理转速带动切割绳旋转切割胡蜂巢。在整个过程中，一直拉紧收紧绳保持密封效果。端头打结的拉绳通过通孔销、弹簧、支架的轴心孔及中空的伸缩杆内部到操作者手中，转向盖下底有插销孔，与通孔销配合插入支架中，并用螺栓联接。必要时，操作者可以通过拉绳使转向盖旋转切割。切割完成时，胡蜂巢整体落入密封的内袋，并顺着外袋滚落地面完成工作。 该装置具有小、轻、巧等特点，既克服了传统手工摘取蜂巢的困难，又解决了园林机械振动噪声大的缺陷。由于本装置的切割原理简单实用及控制技术的广泛应用，本装置也可作为小型园林多功能作业机械，能够完成简单的枝叶修饰、水果采摘等工作，具有很大的使用价值及市场推广价值。 总之，通过对胡蜂巢摘取器的改进与整修，使其功能不仅限于摘取蜂巢，更可延伸到有类似需要的领域，装备消防部队的同时亦可推广到各园林单位，其经济效益是不言而喻的。
同类课题研究水平概述
- 胡蜂又称黄蜂，是毒性最强的蜂种，是社会性昆虫，它们组成各自的群体并建造共栖的巢穴。多数胡蜂在树上用蜂蜡或干草等材料建造结构复杂的巢穴。 全球气候变暖，国家出台了一系列退耕还林的政策，胡蜂的数量大增，也导致蜇人事件频繁发生。胡蜂活动时间主要在春夏，正在成为伤害城市公共安全的新问题，摘除马蜂窝已成为消防部门的一项常务性服务，引起了社会的广泛关注。 目前，国内市场上还没有专门摘取胡蜂巢的机械装置，大多数情况下只能求助于消防部队，依靠经过特殊训练的消防队员手工、水攻或火攻摘取。手工摘蜂巢既费时又费力，很多时候是高空作业，而且胡蜂逃出数量很多，危险性大；水攻则需要准备高压水枪，事先还要疏散人群，以防被激怒的蜂群螫伤，这势必会受到当地环境及人为因素的影响，这些都是国内传统常用摘取蜂巢方法的弊端。 除了现在最常用的传统摘取蜂巢方法外，拍打或网捕、携药毒杀和巢穴熏杀等冷门方法也偶尔被用到。拍打或网捕只是解决了局部胡蜂袭人问题，根本不能解决问题的实质，而且操作危险困难。携药毒杀是用小纱网拍轻轻捕获胡蜂，然后将毒性较强的“农药+糖液”，涂在胡蜂的胸、腹部，再放飞。携药胡蜂回巢后，其他胡蜂即会舔食其体上的有毒糖液，致使全巢中毒。这种方法虽然可以达到消灭胡蜂的目的，但是一些农药对环境的破坏是显而易见的，难免遗留新的环境问题。巢穴熏杀方法的基本思想与携药毒杀方法类似，主要是发现胡蜂巢穴后，在夜晚将农药撒到巢内或巢口；对树木或建筑物上的胡蜂巢，可用农药喷巢；或在小棉球内吸入5～10mL的敌敌畏，然后绑在竹竿一端，将带药棉球插入胡蜂巢内，即可毒死整群胡蜂。这种方法的弊端也同携药毒杀方法，由于采用了敌敌畏等农药，很容易引起新的环境问题，造成巨大的损失。 在国外，对胡蜂巢的摘取也只限于传统的手工摘取及简单的园林机械套用。利用一些割草机械在高空对胡蜂巢切割不但很难把握平衡，操作费力繁琐，振动噪声大，而且对硬物毫无退让性，难免造成不必要的损失。 综上所述，为了减少胡蜂对居民的危害，消除不必要的隐患，研制出一种专门摘取胡蜂巢，简单、经济又实用的机械装置是十分必要的。但是目前国内外尚无关于胡蜂巢摘取器这方面的相关报道和产品，类似的实用型专利也甚为罕见，有的也只停留于理论构想阶段。因此，针对于胡蜂巢摘取器，国内外研究水平相当，目前尚属空白。
