一款行道樹修枝車的設計研究

朱陽 付偉龍 毛靖德

關鍵詞：行道樹修枝車折疊臂架夾抱修剪機構

1前言

城市園林綠化是城市建設事業的重要組成部分.也是現代化城市的重要標志.在城市建設中的重要性日益顯著，實現城市園林生態化已成為城市園林發展的必然趨勢。道路及城市綠化面積不斷增加，使得綠植的養護也越來越成為新建、成熟城市綠化工作的重點。

目前.對城市園林、市政行道樹、景觀苗木造型、修剪等作業主要依靠人工和使用各種油鋸和高枝鋸。其普遍的作業方式為：由一臺高空作業車將人和修剪工具送往高處.接近需要修剪的樹枝。

修剪工具主要有油鋸、高枝鋸等.它們都是由小型汽油機作為動力，轉速高、鋸徑大、修剪效率高。但此類產品目前主要依賴進口，如斯蒂爾、小松等，維修保養價格較高。且該類機器重量約為5～10kg，作業時操作者一直處于持重狀態，該類設備不僅震動大，噪音也大，環衛工人勞動強度非常大。修剪下來的樹枝一般是自由落下，存在安全隱患。樹木修剪后，人工要進行大枝干的剪短操作，使用載貨車運輸修剪的樹枝.運輸效率低。

目前，國內并沒有專門針對中大規模市政道路樹木、園林等自動化樹木修剪，樹枝粉碎等園林廢棄物利用的專用設備和車輛。經過進一步研究，本文提出一種可用于高處樹枝修剪、整形、粉碎、運輸為一體的專用汽車設計方案。

2車輛工作原理介紹

本方案的主要目的是針對目前市政、園林高大樹木修剪、整形等作業，提供一種集樹木修剪、整形、樹枝粉碎、運輸的安全的一體化解決方案。擬以二類底盤為載具和動力源，設置加裝夾抱修剪機構后的折臂吊作為高處樹枝的修剪工具。設置木材粉碎機對修剪下的樹枝進行粉碎減小體積.設置自卸廂體進行木材碎片收運。

為實現上述目的，采用的技術方案為：整車主要由底盤車、副車架、液壓臂架機構、夾抱修剪機構、樹枝粉碎機構、收集廂體、控制操縱機構七部分組成。底盤車通過發動機PTO和變速箱PTO為液壓舉升、修剪、廂體舉升提供動力，動力傳遞由液壓系統完成;副車架為其他上裝工作部件提供承載平臺;液壓臂架機構隨樹枝的高度、位置調整相應的高度和角度。以實現不同位置形狀的樹枝均可接近修剪;夾抱修剪機構是該車的主要功能模塊，可以對樹枝實施夾抱防止掉落，液壓剪進行切斷;樹枝粉碎機構直接集成成熟液壓木材粉碎機，通過高速旋轉的刀盤，將切斷的樹木枝葉粉碎成一定直徑的碎片。通過排料口將樹木碎片噴入收集廂體。作業完成后可將碎木片運往園林垃圾消納場或制肥發展園林循環經濟。車輛總體結構如圖1所示。

行道樹修剪可以按以下方式實現：在使用時可根據實際情況選擇液壓手柄操縱和無線遙控操縱兩種方式，底盤在靜止的狀態下，打開液壓臂架機構的支腿;通過操縱機構控制液壓臂架的角度和高度，接近要修剪的樹枝后，控制夾抱修剪機構將目標夾緊、切斷，切斷后的樹枝根據情況可由夾抱機構送到地面、自由落下，由夾抱機構輔助或人工將樹枝送入粉碎機構的入口，粉碎的樹枝碎片射入收集廂內，完成了一次修剪和粉碎的過程。樹枝修剪作業時，其最高作業位置的樹枝修剪狀態如圖2所示.帶樹枝收回狀態如圖3所示。車輛轉場時，液壓臂架收回，并由臂架擺動缸調整臂架到合適位置，確保不與駕駛室及廂體干涉。轉場狀態臂架姿態如圖4所示。

3車輛主要結構設計

3.1夾抱修剪機構

夾抱修剪機構是該車的主要工作部件。其通過連桿機構和液壓油缸固定于液壓臂架機構的最后一節伸縮臂的端部。夾抱修剪機構三維圖如圖5所示，夾抱修剪機構原理如圖6所示。

夾抱修剪機構主要由抱爪、抱爪開合油缸、切割刀片、刀片開合油缸、機架、連桿銷、馬達、連接銷等部件構成。修剪樹枝時夾抱修剪機構在液壓臂架帶動下.接近需要修剪的樹枝，通過擺動缸帶動修剪頭旋轉，調整姿態;當樹枝位于抱爪中時，操縱抱爪開合油缸，抱緊樹枝;樹枝被抱緊后，刀片開合油缸帶動切割刀片切斷樹枝，完成修剪動作。

3.2液壓臂架

液壓臂架是該車的主要運動部件部件。液壓臂架通過騎馬螺栓與底盤車架連接，安裝于底盤駕駛室之后，收集廂體之前，帶動夾抱修剪機構，實現夾抱修剪機構的空間運動，液壓臂架三維圖如圖7所示，液壓臂架原理圖如圖8所示。

液壓臂架主要由：支腿油缸、安裝橫梁、擺動缸、主臂、主臂折疊缸、折疊臂、一伸臂、二伸臂等部件構成。樹枝修剪時，待車輛停穩后，打開支腿（圖8序1）支撐穩定臂架結構后，根據需要操縱主臂、折疊臂、伸縮臂機構，使夾抱修剪機構接近需要修剪的樹枝。樹枝修剪完畢后根據情況，由液壓臂架帶動夾抱修剪機構將切斷的樹枝送至地面或送入粉碎機構（需人工協助）。

3.3木材粉碎機

木材粉碎機主要由進料口、粉碎機構、排料口、動力倉等部件構成。木材粉碎機下部通過螺栓固定在副車架上。其結構如圖9所示。進料口設有安全垂簾及防護罩.防止木材碎片傷人;粉碎機構為高速旋轉刀盤，當樹枝進入粉碎機構后會被旋轉刀盤迅速粉碎;在慣性作用下碎片從排料口甩出.通過彈性排料管（用于連接木材粉碎機和廂體的可伸縮軟管）進入廂體內部。木材粉碎機的動力及控制機構集中布置在動力倉中。

3.4收集廂體

收集廂體主要由后門、鉸接銷、廂體、舉升油缸座、粉碎機罩蓋、廂體進料口等部件構成。收集廂體下部通過鉸接銷固定在副車架上，其結構如圖10所示。廂體舉升時繞鉸接銷旋轉;廂體后門在舉升卸料時自動開啟;舉升油缸座通過銷軸連接舉升油缸，舉升油缸另一端與副車架相連，為廂體舉升提供動力;粉碎機罩蓋為粉碎機提供防護，同時防止木材碎屑拋灑;廂體進料口通過彈性排料管連接粉碎機排料口，收集木材碎屑。

3.5液壓及電控系統

液壓臂架系統中的支腿油缸、折疊油缸、伸縮油缸均設置有雙向液壓鎖，整個臂架展開平穩，也可防止上升下降過程中突然泄壓而導致的不安全事故。夾抱修剪機構中抱爪開合油缸和刀片開合油缸需由順序閥（或行程開關）進行順序控制，確保抱爪抱緊樹枝后，方可進行修剪作業。防止樹枝掉落地面造成二次污染或人員傷害。液壓臂架、廂體、木材粉碎機等部件需設置相應傳感器確保在廂體落下、液壓臂架收回和木材粉碎機停機后.車輛方可啟動，防止造成設備損壞或人員傷害。所有液壓閥均為電磁換向閥.所有控制按鈕都集成在一個液壓手柄上（如圖11所示）.方便駕駛員操作。

4主要技術特點和參數

整車的主要技術特點表現在：a.本產品集多功能為一體，填補了該類設備的空白，根據檢索，目前國外也沒有此種設備，全部操作只需一人即可完成，節省了人力成本;b.本產品可取代目前的常用的高空作業車+手持工具或拖掛式粉碎機，機動靈活，作業準備時間短，作業現場干凈，基本無需再打掃，全部操作高效便捷;c.本產品的液壓臂架機構完全伸出作業時可在360°范圍內旋轉伸縮，夾抱修剪機構也可在另一空間內360°旋轉，保證了修剪刀頭在空間內多自由度移動，滿足樹木高枝修剪和造型任務，且控制高效，保證了人員和設備的安全。該車主要技術參數見表1。

5結語

行道樹修枝車整車主要由底盤車、副車架、液壓臂架機構、夾抱修剪機構、樹枝粉碎機構、收集廂體、控制操縱機構等部件構成。行道樹修枝車利用汽車底盤取力器為動力源，以液壓傳動為基礎，以夾抱修剪機構和液壓臂架系統作為樹枝修剪功能的執行機構。與此同時，該車配有木材粉碎機和收集廂體，可對樹枝粉碎后收集，提高廂體的空間利用率，避免了樹枝對環境的二次污染。