多功能安全高效割草園藝裝備研究

潘盛化　謝君

摘 要：電動(dòng)割草機(jī)是一種重要的園藝割草裝備，提高我國(guó)電動(dòng)割草機(jī)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力對(duì)提高生產(chǎn)水平有重要的作用。該文簡(jiǎn)單介紹了多功能安全高效割草園藝裝備項(xiàng)目的背景及內(nèi)容，并重要闡述其關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵解決途徑，評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：多功能安全高效割草園藝裝備 Pro/Innovator軟件 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：S776 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0096-02

1 項(xiàng)目研究的背景和意義

隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生存環(huán)境的要求也越來越高，城市環(huán)境的保護(hù)得到越來越多人的重視。我國(guó)的草坪建設(shè)也得到了迅速發(fā)展，如城市園林綠化、人民休閑公園綠化、足球場(chǎng)、網(wǎng)球場(chǎng)、棒球場(chǎng)等都需要大量的高質(zhì)量草坪，江河堤壩、高速公路、鐵路等交通水利設(shè)施的護(hù)坡以及屋頂花園、室內(nèi)綠化也都需要優(yōu)質(zhì)草坪。專家預(yù)測(cè)，未來幾年，國(guó)產(chǎn)園藝裝備將在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)主體，并逐步打入國(guó)際市場(chǎng)。而電動(dòng)割草機(jī)作為園藝裝備的一種，其產(chǎn)業(yè)由小到大，迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為一個(gè)產(chǎn)品門類比較齊全、創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)、市場(chǎng)需求十分旺盛的朝陽產(chǎn)業(yè)。

近年來，電動(dòng)割草機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度進(jìn)一步加快，不但產(chǎn)量增加，而且產(chǎn)品出口的數(shù)量和科技含量也不斷提升。我國(guó)電動(dòng)割草機(jī)產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入高速發(fā)展階段。但與此同時(shí)，也要看到我國(guó)電動(dòng)割草機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)薄弱，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大差距，生產(chǎn)技術(shù)不成熟，設(shè)備質(zhì)量欠佳，遠(yuǎn)不能滿足日益擴(kuò)大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要。為加速提高我國(guó)電動(dòng)割草機(jī)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力、加強(qiáng)電動(dòng)割草機(jī)研發(fā)的產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。

2 項(xiàng)目研究目標(biāo)和內(nèi)容

2.1 項(xiàng)目研究目標(biāo)

（1）研究大功率產(chǎn)品的風(fēng)葉設(shè)計(jì)，解決噪聲與溫升的矛盾；

（2）研究一種割草機(jī)安全手柄，使割草機(jī)的啟動(dòng)時(shí)更加安全可靠；

（3）研究一種刀片，使割草機(jī)的割草效率和集草效率提高，同時(shí)改進(jìn)刀片機(jī)構(gòu)使刀片與小石頭的撞擊力減小，降低乃至消除“飛甩”的現(xiàn)象，使割草機(jī)更加安全；

（4）研制一款具備割草、梳草以及松土三個(gè)功能一體的多功能割草機(jī)，從而使割草機(jī)更加的多功能化。

2.2 項(xiàng)目研發(fā)內(nèi)容

（1）分析現(xiàn)有的割草機(jī)，找出存在的缺點(diǎn)，加以改進(jìn)和創(chuàng)新；

（2）引進(jìn)Pro/Innovator軟件作為創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)，利用發(fā)明原理查詢進(jìn)行割草機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)；

（3）運(yùn)用矛盾矩陣分析法和和物場(chǎng)分析法對(duì)方案進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)；

（4）將概念方案轉(zhuǎn)換成為實(shí)際設(shè)計(jì)方案；

（5）設(shè)計(jì)開發(fā)一款具備割草、梳草以及松土三個(gè)功能一體的多功能割草機(jī)；

（6）對(duì)割草機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使之能夠更加安全、噪聲小、集草效率和割草效率提高；

（7）對(duì)新研發(fā)出來的割草機(jī)進(jìn)行試制和適用，從而檢測(cè)有關(guān)數(shù)據(jù)是否合理化。

3 關(guān)鍵技術(shù)和解決關(guān)鍵技術(shù)途徑

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

（1）通過Pro/Innovator軟件利用發(fā)明原理查詢方法，找出現(xiàn)有割草機(jī)存在的問題。

（2）采用空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)，解決大功率產(chǎn)品的電機(jī)風(fēng)葉的噪聲問題；

（3）運(yùn)用物場(chǎng)分析法，研究開發(fā)一種安全手柄，使割草機(jī)啟動(dòng)時(shí)更加安全；

（4）運(yùn)用矛盾矩陣分析法，研究開發(fā)一種刀片，能夠提高割草效率、集草效率以及不易出現(xiàn)“飛甩”現(xiàn)象；

（5）同時(shí)運(yùn)用矛盾矩陣和物場(chǎng)分析兩種技術(shù)進(jìn)化法則，研究開發(fā)能夠在割草、梳草以及松土三個(gè)功能之間相互轉(zhuǎn)換的割草機(jī)。

3.2 技術(shù)路線

見圖1。

3.3 解決途徑

（1）降噪與溫升的矛盾解決途徑。

割草機(jī)中的電機(jī)由于風(fēng)葉高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生噪聲，如果降低功率從而是風(fēng)葉轉(zhuǎn)速下降來降低噪聲，就會(huì)使割草機(jī)的割草效率下降。如果改進(jìn)風(fēng)葉結(jié)構(gòu)，又會(huì)造成電機(jī)散熱慢，從而電機(jī)升溫影響功率。采用空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)研發(fā)一種電機(jī)軸流風(fēng)葉，這種改進(jìn)是通過增添輔助葉片從而改善了進(jìn)風(fēng)區(qū)域的來流速度的均勻性，在保證風(fēng)量與均勻葉片的風(fēng)葉一致前提下降低風(fēng)葉轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到降低風(fēng)葉產(chǎn)生的噪聲同時(shí)不會(huì)影響電機(jī)散熱，溫升也得到很好的控制。

（2）安全手柄的解決途徑。

一般的割草機(jī)是在手柄處直接安裝一個(gè)總開關(guān)，通過總開關(guān)直接啟動(dòng)割草機(jī)，很多時(shí)候誤操作之后，割草機(jī)直接啟動(dòng)很容易對(duì)操作人員造成傷害。針對(duì)這樣的問題，我們通過物場(chǎng)分析法，設(shè)計(jì)研發(fā)一種安全手柄，包括手柄和安裝在桿件上與手柄對(duì)合相接的接頭，其特征在于接頭的下部可沿連接軸作一定角度轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在桿件上，接頭的上部沿桿件方向開有可供一連桿穿置的貫穿孔，使連桿的頭部穿過接頭的貫穿孔、限位于手柄的內(nèi)孔中，連桿的尾部與控制觸發(fā)開關(guān)的拉索或者拉桿相連。這樣的手柄結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局合理、使用安全可靠，以較低成本滿足了兩個(gè)動(dòng)作才能啟動(dòng)的安規(guī)要求。

（3）割草機(jī)刀片改進(jìn)的解決途徑。

由于一般的割草機(jī)刀片割草時(shí)與石頭撞擊，出現(xiàn)“飛甩”的現(xiàn)象，對(duì)周圍的人造成很大的安全隱患。但是改變刀片結(jié)構(gòu)，減小與石頭的撞擊力，又會(huì)導(dǎo)致割草效率和集草效率降低。針對(duì)這樣的矛盾，我們通過矛盾矩陣分析法，設(shè)計(jì)研發(fā)一種滾刀式割草機(jī)構(gòu)，這種割草機(jī)構(gòu)，他主要包括兩個(gè)部件：一是動(dòng)刀部件。同時(shí)，將割草機(jī)刀片簡(jiǎn)化為這樣的割草機(jī)構(gòu)，可以方便的安裝在不同的主機(jī)上，只要施加動(dòng)力就可以實(shí)現(xiàn)割草功能，從而實(shí)現(xiàn)割草機(jī)的多功能化。

（4）割草、梳草以及松土三個(gè)功能轉(zhuǎn)換的解決途徑。

市場(chǎng)上一般的割草機(jī)只具備單一的功能，割草、梳草以及松土三個(gè)功能不能相互轉(zhuǎn)換。很多時(shí)候要購買三臺(tái)機(jī)子，不僅費(fèi)用高而且占用空間多。針對(duì)這樣的問題，我們通過矛盾矩陣和物場(chǎng)分析兩種技術(shù)進(jìn)化法則，進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，旨在設(shè)計(jì)研發(fā)出一款能夠在割草、梳草以及松土三個(gè)功能之間方便轉(zhuǎn)換的一款多功能割草機(jī)。將割草機(jī)構(gòu)、梳草機(jī)構(gòu)以及松土機(jī)構(gòu)這三個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使他們能夠使用在同一臺(tái)機(jī)子上面，拆裝方便，從而實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

4 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

研制出多功能安全高效割草園藝裝備并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用。項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化之后預(yù)計(jì)新增產(chǎn)值1200萬元，新增銷售額1000萬元，稅利150萬元。

安全和環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的主流，我們這款實(shí)用安全型多功能割草機(jī)從實(shí)際出發(fā)，兼顧環(huán)保和安全。同時(shí)隨著國(guó)內(nèi)越來越重視綠化面積，割草機(jī)必然會(huì)成為急缺的園林工具，研制的割草園藝裝備將實(shí)現(xiàn)替代進(jìn)口，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，為國(guó)內(nèi)割草機(jī)行業(yè)做出引導(dǎo)作用，大大加快國(guó)內(nèi)割草機(jī)行業(yè)的發(fā)展。

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