城市道路綠化養護車綠籬修剪裝置的設計

楊金沅， 董鈺婧， 屈祥如， 田 萌， 袁海濤

（成都理工大學核技術與自動化工程學院， 四川 成都 610059）

1 綠籬修剪裝置設計的技術要求

修剪機構的設計理念是安裝在行走車輛上的可伸縮折疊的裝置[1]，能夠快速地完成工作形態的調整，以滿足不同工作環境下綠籬修剪的要求。綠籬修剪裝置的設計應滿足以下要求[2]：

1）綠籬修剪裝置應能與行走車輛保持穩固連接，同時結構應簡單穩定，以減少修剪工作中可能產生的振動對修剪效果造成的影響；

2）綠籬修剪裝置伸縮折疊結構的回收速度要求滿足車輛在轉場時需要的工作速度，在使用時可快速展開到需要的工作姿態，工作完成后可快速折疊收起，把對城市道路交通的影響盡量減少到最低；

3）綠籬修剪裝置的操作應靈活可靠，簡單快捷，針對修剪工作過程中可能出現的諸如廣告牌、交通標志牌、路燈柱等障礙物實現良好的避障功能。

2 綠籬修剪裝置的結構設計

2.1 綠籬修剪部件的主要結構

因在本設計中選用中型卡車作為行走車輛，故在本設計中的綠籬修剪裝置采用臂架懸掛式綠籬修剪機，在卡車上配置液壓系統，實現對綠籬修剪裝置的伸縮折疊懸臂和工作機構進行液壓系統控制。

本設計中的綠籬修剪裝置的主要組成部分包括伸縮折疊機構和修剪刀盤，需要進行修剪工作時，伸縮折疊機構和修剪刀盤協調運動，實現所需求的工作姿態的調整并完成綠籬修剪工作。

2.2 綠籬修剪裝置展開機構

圖1 綠籬修剪裝置伸縮折疊機構

2.3 刀盤結構

在本設計中選用旋刀式結構的綠籬修剪刀具，采用高速液壓馬達產生驅動力，來驅動刀具高速旋轉剪切道路兩旁的綠籬，修剪刀盤的組成部分如下頁圖2所示，包括刀架轉動液壓缸、V型連接件、刀架、修剪刀具等。

為了滿足最大的修剪尺寸要求，將修剪刀具直徑設計為R=500 mm，根據修剪刀具的安裝位置，可得出最大的修剪寬度L：

將R1=R2=R3=500mm代入上式可得，L=1 250 mm。

式中：R1、R2、R3分別為三把刀具的最大修剪直徑。

修剪刀盤的的主要參數如下表1：

圖2 修剪刀盤

表1 修剪刀盤參數

通過查閱文獻得知，現有旋刀式綠籬修剪機的功率為0.3 kW，轉速為8 000 r/min，在300 mm的修剪寬度范圍內平均有15個需要被修剪的枝條，每個枝條對刀具的壓力為F，對刀具進行如下受力分析[3]。

根據公式：

其中 L1=20 mm，L2=40 mm，L3=60 mm，L4=80 mm，……，L7=140 mm，代入上式可得：F=0.295 N。

式中：P為液壓馬達功率，T為枝條對修剪刀具產生的扭矩，N為刀具轉速，為每個枝條距刀具回轉中心的距離。

在本文中所使用的修剪刀具長為500 mm，在其修剪范圍內平均有25個需要修剪的枝條，L1=20 mm，L2=40 mm，L3=60 mm，L4=80 mm，……，L12=140 mm，P=T×N/9 550=2×（F×L1＋F×L2＋……＋F×L7）×N/9550。

可得本文中設計的刀具在轉速為2 500 r/min時所需的液壓馬達功率為0.6 kW。

3 綠籬修剪裝置的整體效果

綠籬修剪裝置工作姿態如圖3所示。

圖3 綠籬修剪裝置工作姿態