環保花草修剪機的設計

郝禹程，巨勇智，董琳，李子成，張 婷，姚海韻

（齊齊哈爾大學機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

隨著城市建設步伐的逐漸加快，對生態綠化及綠地養護的需求也越來越迫切，而且對花草及城市綠地的修剪標準也越來越高，因此這成為了擺在園林工作者面前的一個急需解決的難題。目前，城市道路兩旁草地綠化和園林景觀綠化中的修剪基本上是依靠人工來進行，不僅勞動量大，效率低，還常常伴有危險的發生，因此迫切需要研制一種自行移動式的花草作業機械來提高林業機械的自動化裝備水平，減少園林工人的工作強度，提高工作效率，減少由于人工修剪所帶來的交通事故及人身安全問題。園林景觀綠化中的花草修剪用自動化程度較高、修剪效果較好、表面平齊美觀和效率較高機械修整是比較理想，但花草修剪的效率高低受花草種類、修剪時枝條粗細、老化程度以及花草寬狹大小等因素而影響。

因此，為解決上述面臨的問題，需對花草移動修剪作業機械進行研究，這將有助于花草移動修剪作業機械和移動機械手控制的研究和實現，對提升我國環境綠化作業機械裝備也具有重要的現實意義和實際價值。

1 總體結構

小型花草修剪機總體結構如圖1所示。參考文獻中的臂架懸掛式花草修剪機，由動力與傳動部分、支架、剪切裝置、行走機構等部分組成。常用的動力設備有電動機、柴油機和汽油機。選用電動機作為動力，則需配備電源等設備，而花草修剪為室外作業，一般遠離電源，因此帶來不便。柴油機雖具有壓縮比大的特點，但柴油機的質量大，轉速低，噪聲大，與花草修剪要求的高速作業不相適應；汽油機具有小巧輕便、轉速高、噪聲低和易啟動等特點，故可選用汽油機作為輔助動力源。支架采用的是套筒式三級升降和伸縮的方式，使得剪切刀片能夠上下前后移動以準確定位。主要動力源由花草修剪機是在人工推動前進時，底部裝有四個可隨意轉動的輪子，前面兩個為驅動輪，后兩個為從動輪。該草坪修剪機具有無污染、無噪音、無振動、結構簡單、體積小等優點。

圖1 新式環保花草修剪機結構簡圖

2 行走結構

行走裝置和剪切裝置兩部分之間的控制是相互聯系又可互相獨立的，剪切裝置通過一個徑向的彈簧離心離合器來控制刀片是否旋轉，以控制刀片的工作狀態。徑向的彈簧離心離合器的工作原理是通過車架右扶手上的汽油機來控制汽油機的轉速，并以此來控制離合器的離合狀態，從而最終達到控制刀片工作的目的，同時也用來切換動力使用。行走部分是由鏈傳動將動力輸入到蝸輪蝸桿減速器，減速器和行走裝置之間安裝一圓錐摩擦離合器，離合器則通過車架左扶手上的離合控制器控制其離合狀態。這樣，控制系統可不剪切狀態下自己行走或者在不行走狀態下剪切，以及可以在兩種狀態下都可以同時工作。其工作原理為：剪草時，手扶手把推動修剪機前進，驅動輪會沿地面向前滾動，該輪內鑲有內齒輪，通過增速傳動機構將運動傳遞給滾刀軸，從而使滾刀旋轉與固定不動的底刀相切，形成剪切運動對草進行切割。其行走驅動機構傳動運動簡圖如圖2所示。

圖2 行走驅動機構傳動運動簡圖

3 剪切裝置設計

剪切裝置共有兩部分組成，分別為豎直支架和水平支架，且都采用套筒式三級升降與伸縮來實現剪切部分的豎直方向的升降運動和水平方向的伸縮運動。支架可上下升降及伸縮，支架升降和伸縮所需的動力由人力手動驅動，方便實時調節盤刀的位置。為減輕操作人員的工作勞動強度，支架材料選用低合金鋼，該種材料相比同樣性能的碳鋼，其質量可以減輕30%左右。支架只受到扭轉的作用，因此只需按扭轉應力來校核支架的強度。

借鑒背負式軟軸花草修剪機的動力傳動裝置，選擇該機刀盤的動力主傳動為鋼絲傳動軟軸，主要是用來傳遞轉矩，對它的基本要求是耐磨。鋼絲軟軸結構由較粗的鋼絲卷成，一般為3～4層。鋼絲軟軸由軸本體、護套和軸端接頭三部分組成。軸本體是由多組鋼絲分層卷繞而成。卷繞時，一般是4根鋼絲為一組，并排地緊密纏繞在芯桿上，纏完一層再繼續纏第2層，且相鄰兩層鋼絲的纏繞方向應相反。借鑒現有的花草修剪機結構，選擇該花草修剪機剪切裝置離合器為徑向彈簧離心離合器。離心離合器是靠離心體產生離心力，通過摩擦力來傳遞轉矩，以達到自動分離或結合。其由主動件、離心體和從動件三部分組成。刀片的角度也需要特殊的設計，當割草機割草時，刀刃與草形成角度，有利地提高了刀片與草之間的切削力，從而減小了當刀片在切割草的同時撕拉草筋而損傷草根的程度，有效地提高了割草機的割草效率。該切削角度其前角與水平線構成的角度為35°，其后角與水平線構成的角度為 108°。

4 結 語

本設計動力可互相切換，結構簡單、成本低廉，以手扶自行行走同時提供動力為主，汽油機輔助為輔，能有效降低花草修剪機操作者的勞動強度，同時也能達到節能降嗓的效果，在注重環保的今天，該設計具有較大的推廣價值。