綠動力綠籬機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

程清偉，彭恩華，方紫琪，溫展飛，張明容，梁遠(yuǎn)藝

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東 廣州510800）

綠動力綠籬機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

程清偉，彭恩華，方紫琪，溫展飛，張明容，梁遠(yuǎn)藝

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東 廣州510800）

基于傳統(tǒng)綠籬修剪的技術(shù)，綠動力綠籬機(jī)是一款新增傳送帶收集輸送技術(shù)、旋轉(zhuǎn)刀具粉碎技術(shù)、斜坡排放口技術(shù)和電控控制技術(shù)等四大核心技術(shù)組成的一種集修剪、收集、粉碎和排放為一體的多功能綠籬修剪裝置。本裝置采用了電機(jī)作為驅(qū)動，修剪結(jié)構(gòu)采用可移動更換刀具的方式來實(shí)現(xiàn)修剪的多樣化，打碎裝置則由傳送帶將修剪后殘枝傳送合適位置并粉碎，后排入土壤中。本裝置不僅有無線控制模塊，還設(shè)計(jì)了手推機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了無人上機(jī)操作和人工手動修剪的功能，解決了傳統(tǒng)修剪機(jī)的缺陷并更加智能化。同時(shí)本裝置十分安全且減少了污染，能達(dá)到綠色安全、節(jié)能環(huán)保的目的。

綠籬機(jī)；設(shè)計(jì)；傳送；節(jié)能

在城市綠化帶的修剪作業(yè)中，剪修裝置各種各樣。與的國內(nèi)相比，國外修剪裝置自動化程度高和功能齊全，設(shè)備售價(jià)較貴、維護(hù)成本高[1]。以上種種因素，限制了國內(nèi)綠化帶設(shè)備的創(chuàng)新與發(fā)展。目前，主要還是以傳統(tǒng)的依靠人工手持工具或者使用背負(fù)式與手推式的剪草設(shè)備進(jìn)行綠化修剪作業(yè)。

現(xiàn)有的新產(chǎn)品多是用現(xiàn)成的汽車底盤系統(tǒng)作為動力源和支撐機(jī)構(gòu)，可大幅度提高勞動生產(chǎn)率，減少人工成本以及提高修剪作業(yè)的質(zhì)量和減少人工修剪帶來的人身安全問題。然而這種產(chǎn)品也存在著較多的缺點(diǎn)，體積結(jié)構(gòu)大且有污染，往往會導(dǎo)致高速公路擁堵，在很大程度上提高了高速公路發(fā)生交通事故的可能性；還有城市道路綠化帶修剪后通常需要二次作業(yè)清理，勞動強(qiáng)度大，成本也高[8]。

為此，針對國內(nèi)城市綠化帶設(shè)備普遍的缺點(diǎn)，分析綜合國內(nèi)外修剪設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，我們設(shè)想并設(shè)計(jì)了一款微型的可以集清理及有效收集的多功能綠籬機(jī)。本裝置采用了電機(jī)驅(qū)動、可移動更換刀具的修剪結(jié)構(gòu)，將剪后的殘枝通過傳送帶傳送至打碎裝置進(jìn)行粉碎再導(dǎo)向土壤中。再結(jié)合手推機(jī)構(gòu)、無線控制模塊，可實(shí)現(xiàn)人工修剪和無人上機(jī)操作作業(yè)等功能。

1 綠動力綠籬機(jī)的設(shè)計(jì)思路

基于傳統(tǒng)綠籬修剪的技術(shù)，本設(shè)計(jì)是一款新增傳送帶收集輸送技術(shù)、旋轉(zhuǎn)刀具粉碎技術(shù)、斜坡排放口技術(shù)和電控控制技術(shù)等四大核心技術(shù)組成的一種集修剪、收集、粉碎和排放為一體的多功能綠籬修剪裝置。裝置通過頂部和頂部刀具同時(shí)修剪，大大提高了修剪效率。并且將修剪的枝葉收集打碎通過排放口輸送到枝葉的根部充當(dāng)肥料，解決了需要二次處理問題的同時(shí)還有效的利用了資源，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

綠動力綠籬機(jī)的整體結(jié)構(gòu)主要由兩個(gè)部分組成，一個(gè)是電控系統(tǒng)，一個(gè)是機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）電控系統(tǒng)由stm32單片機(jī)、攝像頭、液晶顯示屏和wifi模塊等組成；

（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)由刀具、傳送帶、粉碎裝置和排放口等組成。

圖1 綠動力綠籬機(jī)構(gòu)造簡圖

2 綠動力綠籬機(jī)的工作原理

（1）工作前準(zhǔn)備，綠動力綠籬機(jī)根據(jù)綠化帶的形狀大小，調(diào)節(jié)車身高度和側(cè)面刀具的寬度，在電控板上打開電源開關(guān)，調(diào)整傳送帶速度；

（2）工作時(shí)，切割刀具將剪后的殘枝利用慣性作用掉落在傳送帶上，傳送帶將殘枝傳送至打碎裝置中進(jìn)行粉碎，最后通過排放裝置導(dǎo)向土壤中，小車能夠在單片機(jī)控制的作用下自動沿著路基進(jìn)行工作，無需人為操作；

（3）工作停止，通過攝像頭觀測路況確認(rèn)工作進(jìn)度。再結(jié)合手推機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)人工修剪功能。

3 爬坡傳送裝置和粉碎及排放機(jī)構(gòu)

（1）爬坡傳送裝置主要由PVC傳送帶（附加檔板），滾筒、鏈條，電機(jī)等組成。工作時(shí)，剪后的殘枝由于慣性掉落在履帶上，電機(jī)通過驅(qū)動動力滾筒從而帶動PVC帶傳動，將殘枝傳送到粉碎裝置中；上坡傳送帶添加了擋板，增強(qiáng)了傳送帶工作時(shí)的穩(wěn)定性，確保殘枝順利傳送到粉碎機(jī)構(gòu)中。實(shí)現(xiàn)了邊剪邊收集的目的，提高了工作效率。如圖2為爬坡傳送裝置整體圖。

圖2 爬坡傳送裝置整體結(jié)構(gòu)

（2）在設(shè)計(jì)中，解決的關(guān)鍵問題有2個(gè)。第一，剪切完的碎葉需要二次清理。此處巧妙地運(yùn)用傳送帶為輸送載體，將傳送帶導(dǎo)入粉碎裝置中；第二，傳送帶在斜坡處會凸起從而導(dǎo)致不能為所有滾筒接觸，減小傳送帶的輸送動力。此處巧妙地增添兩個(gè)導(dǎo)輪以此壓緊傳送帶，如圖3所示。

圖3 傳送裝置實(shí)物

（3）粉碎機(jī)構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)的刀片和電機(jī)組成，而排放機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成一個(gè)斜槽。工作時(shí)，它能將傳送帶運(yùn)輸?shù)臍堉G葉粉碎，碎葉殘枝則通過斜槽口，利用自身重力作用排放到土壤中。在設(shè)計(jì)中，巧妙地解決了修剪的殘枝綠葉因體積過大問題而不能順利導(dǎo)入土壤中的問題，同時(shí)解決了綠化帶二次處理的問題，如圖4所示。

圖4 粉碎及排放機(jī)構(gòu)

4 綠動力綠籬機(jī)推廣前景

據(jù)資料顯示，傳統(tǒng)人工修剪6畝綠籬需要6人修剪24 h，即修剪1畝綠籬需要1人修剪4h。以1人修剪4 h綠籬為例，結(jié)合以上數(shù)據(jù)得圖5.

圖5 綠動力綠籬機(jī)效益比較

根據(jù)圖5數(shù)據(jù)可知：以1人修剪4小時(shí)為例，二沖程汽油式綠籬修剪機(jī)修剪約667m2的綠籬，耗油量0.80L，約花費(fèi)20元；四沖程背負(fù)式綠籬修剪機(jī)修剪約667 m2的綠籬，耗油量2 L，約花費(fèi)10.65元；而小型高效綠化帶修剪裝置可無人作業(yè)修剪約4 320 m2的綠籬，約花費(fèi)2.40元。

據(jù)調(diào)查，人工平均每小時(shí)修剪綠籬約為167m2，且人工修剪成本約為100元/天，即每小時(shí)約為12.50元；而小型高效綠化帶修剪裝置平均每小時(shí)可無人作業(yè)修剪綠籬1 080 m2.相比較可知，本裝置每小時(shí)修剪效率約為人工的6.5倍。

綜上所述，在相同時(shí)間內(nèi)，小型高效綠化帶修剪裝置工作效率最大，且花費(fèi)金額少，在達(dá)到高效率的同時(shí)，又達(dá)到高效益的目的。

相比傳統(tǒng)的車載式修剪機(jī)體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高（據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有的價(jià)格至少在6萬以上），本裝置雖然結(jié)構(gòu)簡單，但制造成本低，工作效率高。在設(shè)計(jì)上，結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，不占用車道，并且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作作業(yè)，減小勞動強(qiáng)度，從而降低人工成本。

如今城市道路的綠籬修剪流程一般為：先是人工修剪或者車載式修剪機(jī)修剪，再工人進(jìn)行處理殘枝。其中存在著較高的人工成本、工作效率低、污染大等缺點(diǎn)。相比，本裝置集修剪、收集、粉碎和排放模塊為一體，不僅可一次性完成作業(yè)，還能將殘枝變廢為寶，從而達(dá)到環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)雙贏的效果。

[1]向北平，楊乾華道路綠化帶液壓剪枝車的研究與設(shè)計(jì).液壓與氣動，2008：9.

[2]陳 凡，李偉業(yè)，張曉凡，等.新型綠化帶修剪機(jī)動力及底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì).園林園藝 201508：32-8.

[3]孫 恒，陳作模，葛文杰《機(jī)械原理》第八版 北京 高等教育出版社2013.5.

[4]陸 玉.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》第四版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社2006.12.

[5]濮良貴，陳國定，吳立言.《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版.北京高等教育出版社2013.5.

[6]顧正平.《園林綠化機(jī)械與設(shè)備》.機(jī)械工業(yè)出版社2002.5.1.

[7]黃立獻(xiàn).《如何對園林綠化樹木進(jìn)行修剪養(yǎng)護(hù)》綠化建設(shè)2015：5.

[8]蔣連瓊，王小純，唐秋艷，等.《常見綠籬修剪設(shè)備研究》學(xué)術(shù) 2013（3）：52-53.

The Design and Application of Dynamic Green Hedge Machine

CHENG Qing-wei，PENG En-hua，F(xiàn)ANG Zi-qi，WEN Zhan-fei，ZHANG Ming-rong，LIANG Yuan-yi
（South China University of Technonlogy of Guangzhou，GuangZhou Guangdong 510800，China）

The traditional hedge pruning techniques based on green hedge machine is a new power transmission belt collecting and conveying technology，rotary cutter grinding technology，slope discharge technology and electronic control technology for the control of the four core technology consists of a set of pruning，collecting，crushing and discharging is a multifunctional device for hedge pruning.The device adopts a motor as a driver，using a variety of movable structure pruning tool change the way to achieve a trim，breaking device is composed of a conveyor belt will deliver the appropriate position after pruning branches and crushed and discharged into the soil.The utility model not only has a wireless control module，but also a hand pushing mechanism，which realizes the functions of unmanned operation and manual pruning.Meanwhile，the utility model has the advantages of safety，pollution reduction，green safety，energy saving and environmental protection.

hedge trimmer；design；delivery；energy conservation

TH693

A

1672-545X（2017）08-0243-02