郝禹程，巨勇智，董琳，李子成，張 婷，姚海韻

（齊齊哈爾大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

隨著城市建設(shè)步伐的逐漸加快，對(duì)生態(tài)綠化及綠地養(yǎng)護(hù)的需求也越來(lái)越迫切，而且對(duì)花草及城市綠地的修剪標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越高，因此這成為了擺在園林工作者面前的一個(gè)急需解決的難題。目前，城市道路兩旁草地綠化和園林景觀綠化中的修剪基本上是依靠人工來(lái)進(jìn)行，不僅勞動(dòng)量大，效率低，還常常伴有危險(xiǎn)的發(fā)生，因此迫切需要研制一種自行移動(dòng)式的花草作業(yè)機(jī)械來(lái)提高林業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化裝備水平，減少園林工人的工作強(qiáng)度，提高工作效率，減少由于人工修剪所帶來(lái)的交通事故及人身安全問(wèn)題。園林景觀綠化中的花草修剪用自動(dòng)化程度較高、修剪效果較好、表面平齊美觀和效率較高機(jī)械修整是比較理想，但花草修剪的效率高低受花草種類(lèi)、修剪時(shí)枝條粗細(xì)、老化程度以及花草寬狹大小等因素而影響。

因此，為解決上述面臨的問(wèn)題，需對(duì)花草移動(dòng)修剪作業(yè)機(jī)械進(jìn)行研究，這將有助于花草移動(dòng)修剪作業(yè)機(jī)械和移動(dòng)機(jī)械手控制的研究和實(shí)現(xiàn)，對(duì)提升我國(guó)環(huán)境綠化作業(yè)機(jī)械裝備也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際價(jià)值。

1 總體結(jié)構(gòu)

小型花草修剪機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。參考文獻(xiàn)中的臂架懸掛式花草修剪機(jī)，由動(dòng)力與傳動(dòng)部分、支架、剪切裝置、行走機(jī)構(gòu)等部分組成。常用的動(dòng)力設(shè)備有電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)和汽油機(jī)。選用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，則需配備電源等設(shè)備，而花草修剪為室外作業(yè)，一般遠(yuǎn)離電源，因此帶來(lái)不便。柴油機(jī)雖具有壓縮比大的特點(diǎn)，但柴油機(jī)的質(zhì)量大，轉(zhuǎn)速低，噪聲大，與花草修剪要求的高速作業(yè)不相適應(yīng)；汽油機(jī)具有小巧輕便、轉(zhuǎn)速高、噪聲低和易啟動(dòng)等特點(diǎn)，故可選用汽油機(jī)作為輔助動(dòng)力源。支架采用的是套筒式三級(jí)升降和伸縮的方式，使得剪切刀片能夠上下前后移動(dòng)以準(zhǔn)確定位。主要?jiǎng)恿υ从苫ú菪藜魴C(jī)是在人工推動(dòng)前進(jìn)時(shí)，底部裝有四個(gè)可隨意轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子，前面兩個(gè)為驅(qū)動(dòng)輪，后兩個(gè)為從動(dòng)輪。該草坪修剪機(jī)具有無(wú)污染、無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 新式環(huán)?；ú菪藜魴C(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 行走結(jié)構(gòu)

行走裝置和剪切裝置兩部分之間的控制是相互聯(lián)系又可互相獨(dú)立的，剪切裝置通過(guò)一個(gè)徑向的彈簧離心離合器來(lái)控制刀片是否旋轉(zhuǎn)，以控制刀片的工作狀態(tài)。徑向的彈簧離心離合器的工作原理是通過(guò)車(chē)架右扶手上的汽油機(jī)來(lái)控制汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速，并以此來(lái)控制離合器的離合狀態(tài)，從而最終達(dá)到控制刀片工作的目的，同時(shí)也用來(lái)切換動(dòng)力使用。行走部分是由鏈傳動(dòng)將動(dòng)力輸入到蝸輪蝸桿減速器，減速器和行走裝置之間安裝一圓錐摩擦離合器，離合器則通過(guò)車(chē)架左扶手上的離合控制器控制其離合狀態(tài)。這樣，控制系統(tǒng)可不剪切狀態(tài)下自己行走或者在不行走狀態(tài)下剪切，以及可以在兩種狀態(tài)下都可以同時(shí)工作。其工作原理為：剪草時(shí)，手扶手把推動(dòng)修剪機(jī)前進(jìn)，驅(qū)動(dòng)輪會(huì)沿地面向前滾動(dòng)，該輪內(nèi)鑲有內(nèi)齒輪，通過(guò)增速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)傳遞給滾刀軸，從而使?jié)L刀旋轉(zhuǎn)與固定不動(dòng)的底刀相切，形成剪切運(yùn)動(dòng)對(duì)草進(jìn)行切割。其行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

3 剪切裝置設(shè)計(jì)

剪切裝置共有兩部分組成，分別為豎直支架和水平支架，且都采用套筒式三級(jí)升降與伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)剪切部分的豎直方向的升降運(yùn)動(dòng)和水平方向的伸縮運(yùn)動(dòng)。支架可上下升降及伸縮，支架升降和伸縮所需的動(dòng)力由人力手動(dòng)驅(qū)動(dòng)，方便實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)盤(pán)刀的位置。為減輕操作人員的工作勞動(dòng)強(qiáng)度，支架材料選用低合金鋼，該種材料相比同樣性能的碳鋼，其質(zhì)量可以減輕30%左右。支架只受到扭轉(zhuǎn)的作用，因此只需按扭轉(zhuǎn)應(yīng)力來(lái)校核支架的強(qiáng)度。

借鑒背負(fù)式軟軸花草修剪機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，選擇該機(jī)刀盤(pán)的動(dòng)力主傳動(dòng)為鋼絲傳動(dòng)軟軸，主要是用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，對(duì)它的基本要求是耐磨。鋼絲軟軸結(jié)構(gòu)由較粗的鋼絲卷成，一般為3～4層。鋼絲軟軸由軸本體、護(hù)套和軸端接頭三部分組成。軸本體是由多組鋼絲分層卷繞而成。卷繞時(shí)，一般是4根鋼絲為一組，并排地緊密纏繞在芯桿上，纏完一層再繼續(xù)纏第2層，且相鄰兩層鋼絲的纏繞方向應(yīng)相反。借鑒現(xiàn)有的花草修剪機(jī)結(jié)構(gòu)，選擇該花草修剪機(jī)剪切裝置離合器為徑向彈簧離心離合器。離心離合器是靠離心體產(chǎn)生離心力，通過(guò)摩擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到自動(dòng)分離或結(jié)合。其由主動(dòng)件、離心體和從動(dòng)件三部分組成。刀片的角度也需要特殊的設(shè)計(jì)，當(dāng)割草機(jī)割草時(shí)，刀刃與草形成角度，有利地提高了刀片與草之間的切削力，從而減小了當(dāng)?shù)镀谇懈畈莸耐瑫r(shí)撕拉草筋而損傷草根的程度，有效地提高了割草機(jī)的割草效率。該切削角度其前角與水平線(xiàn)構(gòu)成的角度為35°，其后角與水平線(xiàn)構(gòu)成的角度為 108°。

4 結(jié) 語(yǔ)

本設(shè)計(jì)動(dòng)力可互相切換，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，以手扶自行行走同時(shí)提供動(dòng)力為主，汽油機(jī)輔助為輔，能有效降低花草修剪機(jī)操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也能達(dá)到節(jié)能降嗓的效果，在注重環(huán)保的今天，該設(shè)計(jì)具有較大的推廣價(jià)值。