一種新型碎草機(jī)的研制

劉金陽，陳劍彬，何克甜

(廣西徐沃工程機(jī)械設(shè)備有限公司，南寧530105)

0 引言

隨著社會的進(jìn)步與科技的發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，環(huán)境的綠化、整潔和美觀正在被人們追求，各式各樣的花園、草坪、叢林成為了人們休閑娛樂的好地方。其中，平整美觀、舒適的草地隨處可見，在體育鍛煉、 娛樂和休閑活動中起到至關(guān)重要的作用。為此，保持和維護(hù)草坪的工具和設(shè)備需求量日趨增加，品種也層出不窮。但是，此類設(shè)備的使用不是很頻繁，而根據(jù)草皮植被的生產(chǎn)狀況而定。一般草坪養(yǎng)護(hù)修剪次數(shù)，常因季節(jié)、地區(qū)、草種用途不同而不同，處于生長旺盛期的修剪次數(shù)多，一般草坪一年最少要修剪4 ～5 次，高度養(yǎng)護(hù)管理的草坪(如高爾夫球場草坪)［1］，在夏季一般也要 7 ～ 8 天左右修剪一次。若能將碎草機(jī)作為一種屬具與挖掘機(jī)結(jié)合，即便于交通出行，還能解決設(shè)備閑置、資源浪費(fèi)、降低設(shè)備成本等社會生活問題，因此，碎草機(jī)作為挖掘機(jī)的屬具使挖掘機(jī)一機(jī)多用是一種趨勢。

1 現(xiàn)有碎草機(jī)存在的問題

當(dāng)前，林業(yè)及農(nóng)業(yè)除草工作機(jī)械中，常規(guī)的設(shè)備有鐮刀、背負(fù)式除草機(jī)、大型碎草機(jī)等。鐮刀除草方式人工勞動強(qiáng)度大，效率低；背負(fù)式除草機(jī)需要人背或側(cè)掛帶有動力的汽油機(jī)，負(fù)重工作，汽油機(jī)發(fā)出的噪音大；人手持汽油機(jī)動力除草機(jī)構(gòu)，動力弱，除草范圍小；人手持獲得汽油機(jī)動力除草機(jī)構(gòu)工作時(shí)還伴有強(qiáng)烈的抖動，人就近操作存在一定的危險(xiǎn)；大型碎草機(jī)鍘草長度可調(diào)，變換三角皮帶在塔輪槽中的位置即可鍘切兩種長度的草［2］，定刀、動刀采用直刀刃口、便于調(diào)整和刃磨，勞動效率高，工作穩(wěn)定，但是設(shè)備成本高，需要場地大，噪音及對環(huán)境的影響大。隨著城市綠化和環(huán)境的改善，人民對綠地的要求越來越高，碎草機(jī)成為一種集工作、綠色環(huán)保多功能的勞動工具是一種趨勢。

2 研制的思路

碎草機(jī)的傳動系統(tǒng)普遍采用傳動帶(鏈)多方驅(qū)動輪相互傳動連接的動力輸出方式，這種連接方式機(jī)械效率高，但也有很大的缺點(diǎn)：在一方受到阻力而引起故障時(shí)，也將引用其他驅(qū)動輪的相互故障，造成故障不容易排查，且前級受后級負(fù)荷疊加，磨損加劇、故障率增加，為提高可靠性，需大大加強(qiáng)前級的強(qiáng)度與剛性，增加制造成本；無論碎草機(jī)構(gòu)是否與實(shí)際工作的草料相匹配，動力輸出的主驅(qū)輪都將同時(shí)隨機(jī)銷售，增加了銷售成本；同時(shí)，在選配碎草傳動機(jī)構(gòu)時(shí)，或發(fā)生故障進(jìn)行維修時(shí)拆裝不便。

本碎草機(jī)的研究目的是在于克服目前碎草機(jī)的上述缺陷，制造出一種可借助現(xiàn)有設(shè)備、節(jié)能環(huán)保新型工具，在保持原有設(shè)備功能不變的情況下，使除草工作輕而易舉，原有設(shè)備一機(jī)多用。本碎草機(jī)應(yīng)用于園林及農(nóng)業(yè)除草工作，本碎草機(jī)配套挖掘機(jī)使用，接合挖掘機(jī)自身靈活的操控優(yōu)勢，在園林及農(nóng)業(yè)除草作業(yè)方式中是一種新型的園林及農(nóng)業(yè)除草的作業(yè)方式，大大提高了園林及農(nóng)業(yè)除草作業(yè)效率。

3 碎草機(jī)結(jié)構(gòu)

3.1 總體結(jié)構(gòu)

碎草機(jī)的基本組成如圖1 所示：主要由刀具液壓馬達(dá)1、側(cè)座2、旋轉(zhuǎn)輥3、刀片4、橡膠護(hù)板7、圓弧護(hù)板8、橫梁10、軸銷14 等組成。

圖1 碎草機(jī)的組成

在碎草機(jī)的上部設(shè)置有渦輪蝸桿減速器11，碎草機(jī)與挖掘機(jī)工作臂的聯(lián)接通過渦輪蝸桿減速器11和兩根軸銷14 來完成，橫梁10 和圓弧護(hù)板8 連接兩側(cè)座2，橡膠護(hù)板7 通過兩角鋼9 安裝在圓弧護(hù)板8 下方，兩角鋼同時(shí)也加強(qiáng)了圓弧護(hù)板8 的剛度，保障了碎草機(jī)的整體剛度。

3.2 碎草機(jī)與挖掘機(jī)的聯(lián)接

整個(gè)碎草機(jī)安裝在挖掘機(jī)工作臂的小臂前端，把挖掘斗替換為碎草機(jī)，增加配套兩個(gè)液壓馬達(dá)及其控制閥和附屬的液壓元件，直接利用挖掘機(jī)原有液壓系統(tǒng)的功能拓展閥(或稱備用閥)即可滿足碎草機(jī)的動力需要，完成除草功能。

具體機(jī)械聯(lián)接是依靠渦輪蝸桿減速器11 把碎草機(jī)與挖掘機(jī)聯(lián)接起來。如圖1 所示：

(1)減速器與挖掘機(jī)的聯(lián)接。裝在碎草機(jī)的頂部的渦輪蝸桿減速器11，其外殼固定聯(lián)接有聯(lián)接法蘭13，在該法蘭上垂直焊接有聯(lián)接側(cè)板，在聯(lián)接側(cè)板上設(shè)有銷孔A 和腰型槽B，通過兩銷軸14 分別把銷孔A 和腰型槽B 與掘機(jī)小臂前端原來接挖掘斗的兩銷孔鉸接起來。

(2)減速器與碎草機(jī)的聯(lián)接。渦輪蝸桿減速器11的輸出法蘭(圖中未顯示)與橫梁10 固定聯(lián)接，機(jī)架液壓馬達(dá)12 驅(qū)動渦桿和渦輪，并通過輸出法蘭把動力傳到橫梁10，實(shí)現(xiàn)整個(gè)碎草機(jī)的旋轉(zhuǎn)。

3.3 刀具總成的結(jié)構(gòu)組成

如圖2 所示，刀具總成主要由旋轉(zhuǎn)輥1、U 型支架5、直型刀片4 和彎型刀片3 構(gòu)成。在旋轉(zhuǎn)輥1 上按螺旋布置形式固定有一系列U 型支架5；每個(gè)U型刀架5 中均安裝一把直型刀片4 和兩把彎型刀片3，直型刀片固定焊接在旋轉(zhuǎn)輥上，又稱為定刀；彎型刀片3 是鉸接的，可自由甩動，又稱為動刀；由于刀具總成在工作中是高速旋轉(zhuǎn)的，因此，安裝時(shí)必須要做動平衡。刀片銷軸2 將直型刀片4、彎型刀片3 與U 型刀架5 串接在一起；刀具液壓馬達(dá)1 通過鍵聯(lián)接直接驅(qū)動刀具總成。

圖2 刀具總成結(jié)構(gòu)

3.4 碎草機(jī)的工作原理

碎草機(jī)的主要動作有整機(jī)擺動、 整機(jī)旋轉(zhuǎn)和刀具總成旋轉(zhuǎn)。

(1)碎草機(jī)的整機(jī)擺動。碎草機(jī)直接裝在挖掘機(jī)的小臂上，調(diào)整挖掘機(jī)工作臂的姿態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)碎草機(jī)整機(jī)擺動以調(diào)整整體姿態(tài)。

(2)碎草機(jī)的整機(jī)旋轉(zhuǎn)。如圖1 所示，機(jī)架液壓馬達(dá)12 驅(qū)動蝸桿和蝸輪，并通過蝸桿和蝸輪減速器的輸出法蘭把動力傳到橫梁10，實(shí)現(xiàn)整個(gè)碎草機(jī)的旋轉(zhuǎn)，也就實(shí)現(xiàn)了刀具總成的大面積碎草及快速碎草的功能。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)具有自鎖功能，在避免碎草機(jī)反轉(zhuǎn)的同時(shí)，借助特大減速比增大了碎草機(jī)的扭矩，使碎草功能更為可靠。

(3)刀具總成旋轉(zhuǎn)。如圖3 所示，挖掘機(jī)駕駛員在駕駛位操作挖掘機(jī)將碎草機(jī)移至需要除草的位置，再利用挖掘機(jī)的液壓動力將動力傳至刀具液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)通過鍵傳動直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)輥及刀具總成旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)輥上的每一把刀片隨之一起快速旋轉(zhuǎn)并將草切碎，進(jìn)行完成碎草作業(yè)。

圖3 挖掘機(jī)改碎草機(jī)

除草過程中，為了防止切碎的草料到處飛濺并且順利排料，保護(hù)駕駛員，圓弧鋼板護(hù)板、橡膠護(hù)板起到保護(hù)作用。

4 特點(diǎn)及應(yīng)用前景

大部分挖掘機(jī)自帶有液壓控制系統(tǒng)并在功能拓展閥出預(yù)留了油路和接頭，在改造過程中就省去了控制部分的設(shè)計(jì)與加工，直接把挖掘機(jī)的挖斗卸掉裝上碎草機(jī)，接上控制油管即可，相比而言改造的成本比購買專門的碎草機(jī)要低，對原來的挖掘功能影響不大，可以隨時(shí)更換屬具，使挖掘機(jī)變?yōu)樗椴輽C(jī)、抓木機(jī)、鉆機(jī)等，所以在實(shí)際工程中，應(yīng)用廣泛，需求量很大。

與現(xiàn)有的碎草機(jī)相比，本碎草機(jī)為挖掘機(jī)屬具之一，配套挖掘機(jī)使用，安裝在挖掘機(jī)前端，用于園林及農(nóng)業(yè)除草作業(yè)。結(jié)合了傳統(tǒng)碎草機(jī)的功能并沒有改變原有挖掘機(jī)的功能，使現(xiàn)有設(shè)備——挖掘機(jī)的功能及應(yīng)用場合得到拓展，在滿足除草功能的前提下，碎草機(jī)還可以用于鍘切谷草、稻草、野生草、麥秸、玉米秸各種草料，用于喂牛、馬、羊、豬等牲畜飼草與漚肥，秸桿還田等用途。具有噪音小，使用壽命長等特點(diǎn)。后續(xù)可以將結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)一步提高工作效能。

5 結(jié)束語

雖然，現(xiàn)在市場上也有各種碎草機(jī)械，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，價(jià)格較貴，僅適用于牧場或?qū)I(yè)的企業(yè)。對于一般的農(nóng)牧民或家庭來說，平整草地、 鏟除雜草、 收割牧草的工作量也不是很大，所以很多農(nóng)牧民、小型企業(yè)不愿意在這方面投資。本碎草機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)緊湊、噪音低、效率高，且工作可靠，一定會受到市場的歡迎。