楊天興　祁富燕　王振祿　王隴臨　水清皎

摘 要：為了從綠籬修剪機設(shè)計的眾多方案中選擇出最佳方案，采用模糊評價的方法對4個備選方案進行隸屬度函數(shù)的計算，最終完成了方案的評價和選擇。試驗證明，模糊評價能夠為手持電動綠籬修剪機的設(shè)計方案選擇和科學(xué)決策提供參考。

關(guān)鍵詞：綠籬修剪機;設(shè)計方案;模糊評價;試驗

中圖分類號：S776.24 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201015016

引言

綠籬是現(xiàn)代化生活中企事業(yè)單位、生活小區(qū)和綠化帶不可或缺的造景和綠化手法。本文以機械設(shè)計方法學(xué)相關(guān)內(nèi)容為指導(dǎo)，對手持式電動綠籬修剪機的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行定量與定性的分析。同時，運用模糊綜合評價法，對不同方案進行評價，對各設(shè)計方案進行優(yōu)劣排序，從而選出手持式電動綠籬修剪機的最優(yōu)設(shè)計方案[3-6]。

1 修剪機總功能的描述及分解

設(shè)計的手持式電動綠籬修剪機要求將綠籬按照成型要求把多余的莖稈剪去，割茬均勻、整齊，無撕裂，操作簡單，使用安全可靠?？偣δ苊枋鰹椤靶藜艟G籬多余的莖稈”。

利用“黑箱法”完成修剪機功能分析，如圖1所示。

對于比較復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)可利用系統(tǒng)工程的分解性原理和功能樹的方式將功能系統(tǒng)按總功能、分功能等功能元進行分解，化繁為簡，以便通過各功能元解的有機組合求得技術(shù)系統(tǒng)解[7]。修剪機總功能為修剪莖稈，可分解為能量轉(zhuǎn)換、控制方式、剪切莖稈，剪切莖稈功能分為切割方式及切割運動變換。

2 功能結(jié)構(gòu)的建立及方案的形態(tài)學(xué)矩陣

綠籬修剪機的總功能分解為能量轉(zhuǎn)換、控制方式、切割方式及切割運動變換4個功能元。根據(jù)功能元的性質(zhì)尋找實現(xiàn)的工作原理，再從工作原理找到功能載體即可獲得功能元的解。將獲得的各功能元的解列入以功能元為縱坐標(biāo)，功能元的解為橫坐標(biāo)的形態(tài)學(xué)矩陣中，如表1所示。

根據(jù)表1修剪機方案的形態(tài)學(xué)矩陣得出整體方案，從理論上可以計算出：

S=5×2×3×4=120

根據(jù)是否滿足最終功能的實現(xiàn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性及成本的高低等要求和相容性原則初步選定以下幾種方案作為備選方案：

汽油機→手動控制→凸輪機構(gòu)→往復(fù)切割;

汽油機→機械控制→擺環(huán)機構(gòu)→撓性切割;

移動電源→手動控制→錐齒輪傳動→高速回轉(zhuǎn)切割;

交流220V電壓→機械控制→錐齒輪傳動→高速回轉(zhuǎn)切割。

3 模糊評價

3.1 評價指標(biāo)及權(quán)重的確定

對于綠籬修剪機，從使用的效果、制造的成本和社會效益3方面考慮選擇撕裂率、工作幅寬、價格、安全性、噪聲、可靠性和維修性7個指標(biāo)作為評價目標(biāo)，利用優(yōu)序圖法確定各評價指標(biāo)的權(quán)重。優(yōu)序圖法是通過對多個指標(biāo)或目標(biāo)進行兩兩相對比較，最后給出重要性次序或優(yōu)先次序[8，9]。將7個指標(biāo)兩兩進行對比，若一個指標(biāo)和另一個指標(biāo)相比絕對重要則得4分，另一指標(biāo)得0分;一個指標(biāo)相對另一個指標(biāo)重要則分別得3分和1分;兩指標(biāo)相當(dāng)則各得2分。表中ki為各個評價指標(biāo)的總得分，gi為第i個指標(biāo)的權(quán)重，即第i個指標(biāo)的總得分與所有指標(biāo)總得分和之比。結(jié)果如表2所示。

3.2 評價目標(biāo)的確定

將評價目標(biāo)分為4個等級：優(yōu)、良、中、差，上述7個評價指標(biāo)相對應(yīng)的等級級別如表3所示。

3.3 模糊評價矩陣的建立及隸屬度的計算

根據(jù)以上分析，可以得到評價指標(biāo)集X、權(quán)重矩陣A和評價目標(biāo)集

X={撕裂率、工作幅寬、價格、安全性、噪聲、可靠性、維修性}

A={0.18、0.23、0.12、0.14、0.12、0.13、0.08}

Y={優(yōu)、良、中、差}

根據(jù)上述計算結(jié)果備選方案按照最大隸屬度排序為3、4、1、2。在方案比較時遵循最大隸屬度原則，所以根據(jù)排序選擇方案3，即移動電源→手動控制→錐齒輪傳動→高速回轉(zhuǎn)切割。因綠籬遍布居民小區(qū)、各個單位院落和校園，動力采用移動電源可以減少尾氣污染、保護環(huán)境;手動控制便于在修剪過程中根據(jù)成型需要方便調(diào)控;切割方式采用高速回轉(zhuǎn)式切割器是以高速回轉(zhuǎn)刀具對綠籬作物形成沖擊、砍切，實現(xiàn)對快速綠籬的剪切，撕裂率低;切割運動變換利用錐齒輪傳動將水平方向的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较虻母咚傩D(zhuǎn)，使切割刀片產(chǎn)生高速的旋轉(zhuǎn)切割運動。按照方案3，采用手提拋光機為切割旋轉(zhuǎn)運動變換裝置，配以專門制作的切割刀片試制樣機2臺，用以綠籬修剪試驗。結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

4 性能試驗及結(jié)果分析

對綠籬的修剪試驗在蘭州城市學(xué)院培黎校區(qū)進行，如圖3所示。

試驗綠籬長勢及大小符合試驗要求和機具的適應(yīng)范圍。性能試驗依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)園林機械—手持式電動綠籬修剪機LYT_2403-2014和《北京市綠籬修剪機的技術(shù)要求及操作規(guī)程》進行。樣機性能試驗結(jié)果如表4所示。

結(jié)果表明，按照相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試中該新型手持式電動綠籬修剪機總體工作順暢，切割性能穩(wěn)定，割茬整齊，其設(shè)計方案合理。

5 結(jié)論

運用模糊評價體系，構(gòu)建了手持式電動綠籬修剪機設(shè)計方案模糊綜合評價模型，通過綜合評價，實現(xiàn)了從多個備選方案中選擇最優(yōu)方案的評價和選擇。試驗證明，該種評價體系具有一定應(yīng)用價值，對于從眾多方案中選優(yōu)時有一定的參考意義。

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（責(zé)任編輯 周康）

收稿日期：2020-08-27

基金項目：甘肅省高等學(xué)校科研項目（項目編號：2017C—21）;甘肅省高等學(xué)?？蒲许椖浚椖烤幪枺?018D—18）;甘肅省自然科學(xué)基金項目（項目編號：18JR3RA225），隴原青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才團隊項目（項目編號：2020RCXM132）

作者簡介：楊天興（1974-），男，碩士，副教授。研究方向：園林機械;通訊作者水清皎。