一種新型草坪修剪機的設計

藍 健，鐘昊天

（大連大學 機械工程學院，遼寧 大連 116622）

草坪修剪機是用于修剪草坪的機器。現有的草坪修剪機，一般是由電力或燃料驅動，有著耗能大、噪音大，價格昂貴等缺陷。本文所介紹的草坪修剪機，采用了節能靜音的設計理念，其所有運動均為由后輪作為動力的機械傳動，操作者只需推動修剪機在草坪上行走，即可完成按地形進行剪草的功能，結構簡單，使用方便，效率較高。

1 設計思想

1.1 以節能靜音為主題

市場上現有的草坪修剪機較多，但這些工具往往為追求多功能化、自動化，采用燃料或電力的驅動方式。本文介紹的機械式草坪修剪機，完全采用機械傳動方式，由人力提供能量，順應提倡節能減排的國策，是理想的草坪修剪工具，并且可適用于不平坦地區草坪的修剪，適合大范圍使用。

1.2 自動適應地形

該草坪修剪裝置運動時，刀片隨著地面的高低不平而上下移動，保證了修剪后草的長度與地形一致，在更美觀的同時，也保護了草坪，這是現代許多草坪修剪機無法做到的。

1.3 實用性

該機主要適用于住宅區、辦公區、醫院、景區等對噪聲和環境要求較高的場所，其設計以實用性為目標。

1.4 經濟性

由于該機實現了低成本與節約能源，其設計簡單，便于大規模生產，結構結實耐用。

2 結構設計

2.1 總體設計

草坪修剪機主體設計如圖1，主要由動力驅動部分及草坪修剪部分組成。

圖1 草坪修剪機主體設計圖

2.2 動力驅動部分設計

（1）動力驅動部分的總體設計。草坪修剪機的設計要求為無需能源，對此我們將動力來源定為使用者的推力。因此本文設計的動力驅動機構由以下部分構成：驅動輪，變速裝置，換向機構。（圖2）

圖2 動力驅動機構

（2）驅動輪。驅動輪選擇時，采用了后輪驅動，人在推草坪修剪機扶手時，會產生一定的下壓力，這樣會增大后輪與地面的摩擦力，采用后輪驅動，使得產品更合理，更人性化。

（3）變速裝置。變速裝置將驅動輪傳遞而來的速度，由齒輪組（圖3）進行提速，使草坪修剪部分得到需要的速度，變速齒輪總傳動比如圖3所示。

圖3 變速齒輪總傳動比

（4）換向機構。換向機構由曲柄滑塊及水平滑道組成，齒輪帶動曲柄轉動，曲柄通過帶動萬向節軸承及與萬向節軸承鏈接的水平滑道運動，最終將圓周運動轉化為水平的直線運動，從而帶動草坪修剪機構運動（如圖4）。

圖4 換向機構

2.3 修剪部分的設計

（1）草坪修剪部分的總體設計。草坪修剪部分設計時，考慮到為了使刀架能根據地形的變化自動適應剪草作業，因此設計的修剪部分主要由組合式刀片和自動升降刀架組成。

（2）組合式刀片。本文中的刀片采用組合式設計，使剪草刀片具有了獨立可調節性，大大簡化了調節和使用難度，并簡化了刀片的制造工藝（如圖5）。

圖5 組合式刀片

（3）自動升降刀架。自動升降刀架主要有刀片，拉簧，鉸鏈，導引車輪組成。刀片與滑道通過鉸鏈相連，同時滑道又與曲柄滑塊相連，整個裝置通過鉸鏈與引導車輪相結合，然后通過拉簧與車身相連，這樣就組成了懸掛式設計的整套修剪裝置，其可以隨著中央車輪而改變距地面的高度，當遇到高坡時，中央車輪會帶動刀片上升，保證了修剪后草的高度相同（如圖6）。

圖6 自動升降刀架

2.4 草坪修剪機部分計算

草坪修剪機主要傳動裝置由圖7所示的變速機構和圖8所示的曲柄滑塊機構組成。

（1）變速機構傳動比的計算。

圖7 變速機構

第一級齒輪傳動i1=1，z1=21，z2=21；

第二級齒輪傳動i2=1:3，z2'=99，z3=33；

第三級齒輪傳動i3=1:6，z3'=39，z4=13；

齒輪總傳動比為

（2）曲柄滑塊機構的計算。

圖8 曲柄滑塊機構

對心曲柄滑塊e=0，θ=0；

因該機構最小傳動角γmin≠0，故該機構無死點；

AB=25 mm；

BC=90 mm。

由于人們推動著物體，步行速度必然下降，從調查可知，人們推著小車時，步行速度為ν=0.5 m/s時，人們感覺最舒適，我們設計時采用了人體的步行速度ν=0.5 m/s來計算機構的速度值。

車輪直徑d=120 mm；

車輪轉速ω1=1.33 r/s；

曲柄轉速ω2=12 r/s；

刀片剪草次數t =24次/s；

刀片剪草時的速度ν=1.2 m/s。

經試驗調查得知，這個速度足可以剪斷草葉，并且使用者的感覺也是最舒適的（實物如圖9）。

圖9 剪草機實物圖

3 結束語

本設計貫徹節能環保的設計理念，采用機械式結構，操作過程中無需能源，無噪音。并且本草坪修剪機具有自動適應地形的功能，是生活中理想的草坪修剪工具，對提高生活品質有著重要意義。

[1]張紅麗.環保節能草坪修剪機的研制[J].安徽農業科學，2009，（26）：11421-11422.

[2]張克成.草坪機的常見問題及處理技術[J].中綠色大世界·綠色科技，2009，（6）：69-70.