郝禹程，巨勇智，董琳，李子成，张 婷，姚海韵

（齐齐哈尔大学机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

随着城市建设步伐的逐渐加快，对生态绿化及绿地养护的需求也越来越迫切，而且对花草及城市绿地的修剪标准也越来越高，因此这成为了摆在园林工作者面前的一个急需解决的难题。目前，城市道路两旁草地绿化和园林景观绿化中的修剪基本上是依靠人工来进行，不仅劳动量大，效率低，还常常伴有危险的发生，因此迫切需要研制一种自行移动式的花草作业机械来提高林业机械的自动化装备水平，减少园林工人的工作强度，提高工作效率，减少由于人工修剪所带来的交通事故及人身安全问题。园林景观绿化中的花草修剪用自动化程度较高、修剪效果较好、表面平齐美观和效率较高机械修整是比较理想，但花草修剪的效率高低受花草种类、修剪时枝条粗细、老化程度以及花草宽狭大小等因素而影响。

因此，为解决上述面临的问题，需对花草移动修剪作业机械进行研究，这将有助于花草移动修剪作业机械和移动机械手控制的研究和实现，对提升我国环境绿化作业机械装备也具有重要的现实意义和实际价值。

1 总体结构

小型花草修剪机总体结构如图1所示。参考文献中的臂架悬挂式花草修剪机，由动力与传动部分、支架、剪切装置、行走机构等部分组成。常用的动力设备有电动机、柴油机和汽油机。选用电动机作为动力，则需配备电源等设备，而花草修剪为室外作业，一般远离电源，因此带来不便。柴油机虽具有压缩比大的特点，但柴油机的质量大，转速低，噪声大，与花草修剪要求的高速作业不相适应；汽油机具有小巧轻便、转速高、噪声低和易启动等特点，故可选用汽油机作为辅助动力源。支架采用的是套筒式三级升降和伸缩的方式，使得剪切刀片能够上下前后移动以准确定位。主要动力源由花草修剪机是在人工推动前进时，底部装有四个可随意转动的轮子，前面两个为驱动轮，后两个为从动轮。该草坪修剪机具有无污染、无噪音、无振动、结构简单、体积小等优点。

图1 新式环保花草修剪机结构简图

2 行走结构

行走装置和剪切装置两部分之间的控制是相互联系又可互相独立的，剪切装置通过一个径向的弹簧离心离合器来控制刀片是否旋转，以控制刀片的工作状态。径向的弹簧离心离合器的工作原理是通过车架右扶手上的汽油机来控制汽油机的转速，并以此来控制离合器的离合状态，从而最终达到控制刀片工作的目的，同时也用来切换动力使用。行走部分是由链传动将动力输入到蜗轮蜗杆减速器，减速器和行走装置之间安装一圆锥摩擦离合器，离合器则通过车架左扶手上的离合控制器控制其离合状态。这样，控制系统可不剪切状态下自己行走或者在不行走状态下剪切，以及可以在两种状态下都可以同时工作。其工作原理为：剪草时，手扶手把推动修剪机前进，驱动轮会沿地面向前滚动，该轮内镶有内齿轮，通过增速传动机构将运动传递给滚刀轴，从而使滚刀旋转与固定不动的底刀相切，形成剪切运动对草进行切割。其行走驱动机构传动运动简图如图2所示。

图2 行走驱动机构传动运动简图

3 剪切装置设计

剪切装置共有两部分组成，分别为竖直支架和水平支架，且都采用套筒式三级升降与伸缩来实现剪切部分的竖直方向的升降运动和水平方向的伸缩运动。支架可上下升降及伸缩，支架升降和伸缩所需的动力由人力手动驱动，方便实时调节盘刀的位置。为减轻操作人员的工作劳动强度，支架材料选用低合金钢，该种材料相比同样性能的碳钢，其质量可以减轻30%左右。支架只受到扭转的作用，因此只需按扭转应力来校核支架的强度。

借鉴背负式软轴花草修剪机的动力传动装置，选择该机刀盘的动力主传动为钢丝传动软轴，主要是用来传递转矩，对它的基本要求是耐磨。钢丝软轴结构由较粗的钢丝卷成，一般为3～4层。钢丝软轴由轴本体、护套和轴端接头三部分组成。轴本体是由多组钢丝分层卷绕而成。卷绕时，一般是4根钢丝为一组，并排地紧密缠绕在芯杆上，缠完一层再继续缠第2层，且相邻两层钢丝的缠绕方向应相反。借鉴现有的花草修剪机结构，选择该花草修剪机剪切装置离合器为径向弹簧离心离合器。离心离合器是靠离心体产生离心力，通过摩擦力来传递转矩，以达到自动分离或结合。其由主动件、离心体和从动件三部分组成。刀片的角度也需要特殊的设计，当割草机割草时，刀刃与草形成角度，有利地提高了刀片与草之间的切削力，从而减小了当刀片在切割草的同时撕拉草筋而损伤草根的程度，有效地提高了割草机的割草效率。该切削角度其前角与水平线构成的角度为35°，其后角与水平线构成的角度为 108°。

4 结 语

本设计动力可互相切换，结构简单、成本低廉，以手扶自行行走同时提供动力为主，汽油机辅助为辅，能有效降低花草修剪机操作者的劳动强度，同时也能达到节能降嗓的效果，在注重环保的今天，该设计具有较大的推广价值。