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城市綠籬修剪機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要：針對(duì)綠籬修剪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種小型手推式綠籬修剪機(jī)，包括包括動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和行走裝置設(shè)計(jì)、修剪裝置設(shè)計(jì)和升降裝置設(shè)計(jì)，在所查閱的文獻(xiàn)中尚未發(fā)現(xiàn)有相同機(jī)型的報(bào)道，屬原創(chuàng)型產(chǎn)品。相比現(xiàn)在小型綠籬修剪機(jī)以手持式為主的狀況，該綠籬修剪機(jī)能夠有效降低綠籬修剪的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高修剪質(zhì)量，有比較廣闊的市場(chǎng)前景。
關(guān)鍵詞：綠籬修剪機(jī)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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0 引言
綠籬多是由矮小叢生的灌木組成的綠色景色，是裝飾景點(diǎn)、公園、居民小區(qū)、庭院及城市綠化的主要物質(zhì)材料。組成綠籬的樹(shù)種跟多，成長(zhǎng)特性各不相同，有的有主干，有的無(wú)主干，長(zhǎng)勢(shì)各異，因而必須通過(guò)合理修剪才能成為理想景觀，一方面是控制其高度，另一方面是形成一定造型、整齊的冠部和側(cè)面形狀等，手工修剪是一種方法，但國(guó)內(nèi)外有多種規(guī)格、型號(hào)的綠籬修剪機(jī)在生產(chǎn)中使用，成為主要的綠籬修剪工具[3]。
對(duì)此修剪綠籬成為美化人們生活環(huán)境，提升城市的美化和品味，有著越來(lái)越重要的作用。應(yīng)用與綠籬修剪的綠籬修剪機(jī)械也越來(lái)越多，綠籬修剪機(jī)不僅可以減輕城市環(huán)境工作人員的工作量，提高的效率。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的不多進(jìn)步，綠籬修剪機(jī)有也出現(xiàn)許多樣式，功能也越來(lái)越多?，F(xiàn)在大多數(shù)的綠籬修剪機(jī)都是手提那種，工作的效率不高，修剪綠籬也不是很奇，為了解決這一問(wèn)題，為了逐步改變這種現(xiàn)象，研究新型的綠籬修剪機(jī)械是很必要的[4]。
國(guó)內(nèi)外對(duì)小型綠籬修枝機(jī)的研究，主要集中在對(duì)單缸汽油機(jī)為動(dòng)力的手持式油鋸和手動(dòng)修枝剪等園藝剪枝器具， 研究的主要方面在于如何提高其刀具的使用壽命上（如材料、刀刃的壽命等），而對(duì) 電動(dòng)器具的研究與開(kāi)發(fā)則少有開(kāi)展，2002 年有報(bào)道陜西省韓城市建設(shè)局園林綠化技術(shù)人員研制成功電動(dòng)推走式綠籬修剪機(jī)，但該機(jī)使用 220V 電源，需要外接交流電源 。因此，設(shè)計(jì)一種依靠蓄電池提供能源、由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)連續(xù)成形修剪的新型綠籬修剪機(jī)來(lái)代替 由單缸汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)的綠籬修剪機(jī)，用以克服上述缺點(diǎn)，其應(yīng)用前景看好。大型自走式綠籬修剪機(jī)主要有車載式和臂架懸掛式兩種，技術(shù)比較成熟的有以下3種機(jī)型：一是車載式綠籬修剪機(jī)；二是車載懸掛式綠籬修剪機(jī)；三是臂架懸掛式綠籬修剪機(jī)其中，臂架懸掛式綠籬修剪機(jī)一般是懸掛在小型拖拉機(jī)上的，可利用拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng) (也可用單獨(dú)的液壓系統(tǒng)) 對(duì)臂架和工作裝置進(jìn)行控制[1]。
1 工作原理
本設(shè)計(jì)中的機(jī)架結(jié)構(gòu)采用型鋼焊接而成, 由主體機(jī)架和副機(jī)架構(gòu)成, 整體置于小型推車上,
修剪位置調(diào)節(jié)和行進(jìn)快慢視具體情況由工作人員控制。修枝機(jī)采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。以堅(jiān)固的小型手推車臺(tái)面為基臺(tái)，臺(tái)面還放置電機(jī)和電瓶(以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力)或油箱(以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力)，在基臺(tái)上有兩組機(jī)架，一組機(jī)架上裝置與電機(jī)傳動(dòng)的帶輪；一組機(jī)架裝置刀具，刀具與升降柱相連接，升降柱與手動(dòng)式液壓泵相連接。電機(jī)上裝有小的皮帶輪，經(jīng)過(guò)皮帶輪的減速，與大皮帶輪同軸上有小鏈輪，經(jīng)過(guò)鏈條將動(dòng)力傳到從動(dòng)鏈輪上，從動(dòng)鏈輪與曲柄連桿機(jī)構(gòu)相連接，曲柄連桿與滑塊相連接，滑塊與上刀片相連接，下刀片固定到固定裝置的固定
板上，上刀片做往復(fù)運(yùn)動(dòng)與下刀片相剪切做功。
綠籬修剪機(jī)的一般工作過(guò)程是：電動(dòng)機(jī)工作經(jīng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由大皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)而減速，在再由曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片做往復(fù)運(yùn)動(dòng)使刀具工作。與大皮帶輪同軸上有小鏈輪，曲柄連桿上裝有大鏈輪，在機(jī)架上裝有一個(gè)張緊鏈輪。在支撐刀架的基座上安裝手動(dòng)式液壓泵，在基座上有上下移動(dòng)的導(dǎo)軌，根據(jù)綠籬的高度用法手動(dòng)式液壓缸調(diào)節(jié)刀片的高度。最后進(jìn)行組合修剪, 其動(dòng)力傳遞路線為：直流電源→電機(jī)→傳動(dòng)裝置→驅(qū)動(dòng)輪盤→刀具→滑塊→刀具組合→組合修剪。
圖1 工作原理示意圖
常用的動(dòng)力設(shè)備有電動(dòng)機(jī) 汽油機(jī)和柴油機(jī) 按照綠籬修剪機(jī)在外工作，所需的功率不是很大，電動(dòng)機(jī)又小巧輕便，轉(zhuǎn)速高和易啟動(dòng)等特點(diǎn)，故選用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力 由于綠籬枝椏的最大直徑為 15mm，按照相似設(shè)計(jì)的原則， 參照技術(shù)成熟的割灌機(jī)的動(dòng)力， 再考慮到該機(jī)有自走裝置， 選擇功率為 0.75kW 的直流電動(dòng)機(jī)[2]。
對(duì)于電機(jī)選用重量輕、效率高、控制方便的永磁直流電動(dòng)機(jī)ZQ-4型電機(jī)，最大功率1000W，轉(zhuǎn)速2800r/min，最大扭矩18N·m。
2 總體方案
2.1 總體結(jié)構(gòu)
綠籬修剪機(jī)主要由推車、機(jī)架、電機(jī)、傳動(dòng)減速裝置、刀具等組成，如圖2所示。其中推車是整個(gè)系統(tǒng)的支撐基礎(chǔ), 刀具支持架(以下簡(jiǎn)稱支持架) 安裝在推車右側(cè)前方的角鋼架上。刀具支持架上, 分別接受滑塊合曲柄連桿驅(qū)動(dòng)傳遞來(lái)是動(dòng)力；刀具升降用手動(dòng)液壓泵通過(guò)升降柱驅(qū)動(dòng)刀具的高度。在驅(qū)動(dòng)方面, 用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中通過(guò)帶輪和鏈輪傳遞動(dòng)力。綠籬修枝機(jī)的啟停工作由人
1.腳輪 2.手動(dòng)式液壓泵 3.電機(jī) 4.電瓶 5.機(jī)架 6.主動(dòng)鏈輪 7.從動(dòng)皮帶輪
8.手把 9.張緊鏈輪 10.從動(dòng)鏈輪 11.升降柱 12.刀具 13.滑塊 14.曲軸 15.軸
圖2綠籬修剪機(jī)結(jié)構(gòu)圖
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1推車設(shè)計(jì)
推車是整個(gè)系統(tǒng)的支撐基礎(chǔ), 采用角鋼焊接為框架、薄壁鋼板為壁面的方案設(shè)計(jì)，外型尺寸：長(zhǎng)×寬×高=1500mm×1000mm×1000mm。車架面上放置電機(jī)、蓄電池和液壓泵等一些工具。推車前輪固定，后輪為萬(wàn)向輪，以方便轉(zhuǎn)向。推車的把手在車的后上方，可以方便對(duì)綠籬修剪機(jī)的控制。
2.2.2 支架設(shè)計(jì)
支架主要用來(lái)固定傳動(dòng)裝置和修剪刀具，可在橫向面內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)綠籬進(jìn)行修剪, 保證機(jī)械裝置協(xié)調(diào)工作。支架主要采用角鋼焊接，在支架通過(guò)鋼板焊接用以支撐曲柄連桿機(jī)構(gòu)等部分傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)和刀具組。支撐刀具的機(jī)架和升降支柱焊接，升降柱與液壓泵相連接，對(duì)不同高度的綠籬調(diào)節(jié)高度修剪。
2.2.3 刀具設(shè)計(jì)
有上下兩個(gè)刀片，下刀片固定在基座上，上刀片與下刀片中房間有相同發(fā)的五個(gè)移動(dòng)并可鏈接的滑空[6]。每個(gè)滑孔均呈長(zhǎng)圓形，既能作為螺栓的連接孔，也能減輕刀片重量。而滑孔的長(zhǎng)度也是上、下刀片修剪枝條時(shí)作相對(duì)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程距離。同時(shí)，多個(gè)滑孔在下刀片和上刀6上沿長(zhǎng)度方向呈一字型排列設(shè)置。所述的下刀片和上刀片穿插內(nèi)六角螺栓的滑孔內(nèi)設(shè)有相同的滑塊，并要求上刀片與下刀片之間的活動(dòng)間隙等于滑塊厚度減去上刀片與下刀片厚度之和，活動(dòng)間隙a = 0. lmm一0. 2mm。這樣在上、下刀片修剪時(shí)，就能避免出現(xiàn)枝葉夾縫的現(xiàn)象，使刀片運(yùn)轉(zhuǎn)更順暢、也增強(qiáng)了刀片的切割效果，提高刀片使用壽命。所述的下刀片和上刀片末端設(shè)有與綠籬機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖中未示)相連接的連接。如圖3所示
圖3 刀具
3 結(jié)論
1） 在該機(jī)的力源選擇中，采用了由直流電機(jī)代替汽油機(jī), 克服了污染環(huán)境嚴(yán)重和噪聲大的缺點(diǎn)。
2） 在修剪方面，推車代替手持, 降低了工作強(qiáng)度；對(duì)不同的綠籬，利用液壓泵以調(diào)節(jié)刀具的高度進(jìn)行修剪。
3） 該機(jī)只能修剪一面，效率不是很高，由于是蓄電池提供動(dòng)力的能源，不能長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)工作，在這些方面還有進(jìn)一步的改進(jìn)的研究?？傮w來(lái)看, 本設(shè)計(jì)在節(jié)能、降噪和環(huán)保方面為新型修剪設(shè)備的生產(chǎn)和改進(jìn)提供了一定的借鑒。
參考文獻(xiàn)
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City hedge trimming machine design
Jia Yinlong
(College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China）
Abstract:To hedge trimming machine development, design and development of a small hand push type trimming machine, including power system design and walking device design, the pruning device design and design of lifting mechanism, in search of the literature has not been found to have the same type of report, is an innovative product. Compared to the existing small hedge trimming machine with hand-held dominated status, the hedge trimming machine can effectively reduce the labor intensity of hedge pruning, improve the trimming quality, have broad market prospects.
Key words:Green Hedge machine ; System design