綠動力綠籬機設計與應用

程清偉，彭恩華，方紫琪，溫展飛，張明容，梁遠藝

（華南理工大學廣州學院，廣東 廣州510800）

綠動力綠籬機設計與應用

程清偉，彭恩華，方紫琪，溫展飛，張明容，梁遠藝

（華南理工大學廣州學院，廣東 廣州510800）

基于傳統(tǒng)綠籬修剪的技術，綠動力綠籬機是一款新增傳送帶收集輸送技術、旋轉刀具粉碎技術、斜坡排放口技術和電控控制技術等四大核心技術組成的一種集修剪、收集、粉碎和排放為一體的多功能綠籬修剪裝置。本裝置采用了電機作為驅動，修剪結構采用可移動更換刀具的方式來實現(xiàn)修剪的多樣化，打碎裝置則由傳送帶將修剪后殘枝傳送合適位置并粉碎，后排入土壤中。本裝置不僅有無線控制模塊，還設計了手推機構，實現(xiàn)了無人上機操作和人工手動修剪的功能，解決了傳統(tǒng)修剪機的缺陷并更加智能化。同時本裝置十分安全且減少了污染，能達到綠色安全、節(jié)能環(huán)保的目的。

綠籬機；設計；傳送；節(jié)能

在城市綠化帶的修剪作業(yè)中，剪修裝置各種各樣。與的國內(nèi)相比，國外修剪裝置自動化程度高和功能齊全，設備售價較貴、維護成本高[1]。以上種種因素，限制了國內(nèi)綠化帶設備的創(chuàng)新與發(fā)展。目前，主要還是以傳統(tǒng)的依靠人工手持工具或者使用背負式與手推式的剪草設備進行綠化修剪作業(yè)。

現(xiàn)有的新產(chǎn)品多是用現(xiàn)成的汽車底盤系統(tǒng)作為動力源和支撐機構，可大幅度提高勞動生產(chǎn)率，減少人工成本以及提高修剪作業(yè)的質量和減少人工修剪帶來的人身安全問題。然而這種產(chǎn)品也存在著較多的缺點，體積結構大且有污染，往往會導致高速公路擁堵，在很大程度上提高了高速公路發(fā)生交通事故的可能性；還有城市道路綠化帶修剪后通常需要二次作業(yè)清理，勞動強度大，成本也高[8]。

為此，針對國內(nèi)城市綠化帶設備普遍的缺點，分析綜合國內(nèi)外修剪設備的技術特點，我們設想并設計了一款微型的可以集清理及有效收集的多功能綠籬機。本裝置采用了電機驅動、可移動更換刀具的修剪結構，將剪后的殘枝通過傳送帶傳送至打碎裝置進行粉碎再導向土壤中。再結合手推機構、無線控制模塊，可實現(xiàn)人工修剪和無人上機操作作業(yè)等功能。

1 綠動力綠籬機的設計思路

基于傳統(tǒng)綠籬修剪的技術，本設計是一款新增傳送帶收集輸送技術、旋轉刀具粉碎技術、斜坡排放口技術和電控控制技術等四大核心技術組成的一種集修剪、收集、粉碎和排放為一體的多功能綠籬修剪裝置。裝置通過頂部和頂部刀具同時修剪，大大提高了修剪效率。并且將修剪的枝葉收集打碎通過排放口輸送到枝葉的根部充當肥料，解決了需要二次處理問題的同時還有效的利用了資源，實現(xiàn)變廢為寶。

綠動力綠籬機的整體結構主要由兩個部分組成，一個是電控系統(tǒng)，一個是機械結構如圖1所示。

（1）電控系統(tǒng)由stm32單片機、攝像頭、液晶顯示屏和wifi模塊等組成；

（2）機械結構由刀具、傳送帶、粉碎裝置和排放口等組成。

圖1 綠動力綠籬機構造簡圖

2 綠動力綠籬機的工作原理

（1）工作前準備，綠動力綠籬機根據(jù)綠化帶的形狀大小，調(diào)節(jié)車身高度和側面刀具的寬度，在電控板上打開電源開關，調(diào)整傳送帶速度；

（2）工作時，切割刀具將剪后的殘枝利用慣性作用掉落在傳送帶上，傳送帶將殘枝傳送至打碎裝置中進行粉碎，最后通過排放裝置導向土壤中，小車能夠在單片機控制的作用下自動沿著路基進行工作，無需人為操作；

（3）工作停止，通過攝像頭觀測路況確認工作進度。再結合手推機構，可實現(xiàn)人工修剪功能。

3 爬坡傳送裝置和粉碎及排放機構

（1）爬坡傳送裝置主要由PVC傳送帶（附加檔板），滾筒、鏈條，電機等組成。工作時，剪后的殘枝由于慣性掉落在履帶上，電機通過驅動動力滾筒從而帶動PVC帶傳動，將殘枝傳送到粉碎裝置中；上坡傳送帶添加了擋板，增強了傳送帶工作時的穩(wěn)定性，確保殘枝順利傳送到粉碎機構中。實現(xiàn)了邊剪邊收集的目的，提高了工作效率。如圖2為爬坡傳送裝置整體圖。

圖2 爬坡傳送裝置整體結構

（2）在設計中，解決的關鍵問題有2個。第一，剪切完的碎葉需要二次清理。此處巧妙地運用傳送帶為輸送載體，將傳送帶導入粉碎裝置中；第二，傳送帶在斜坡處會凸起從而導致不能為所有滾筒接觸，減小傳送帶的輸送動力。此處巧妙地增添兩個導輪以此壓緊傳送帶，如圖3所示。

圖3 傳送裝置實物

（3）粉碎機構主要由旋轉的刀片和電機組成，而排放機構設計成一個斜槽。工作時，它能將傳送帶運輸?shù)臍堉G葉粉碎，碎葉殘枝則通過斜槽口，利用自身重力作用排放到土壤中。在設計中，巧妙地解決了修剪的殘枝綠葉因體積過大問題而不能順利導入土壤中的問題，同時解決了綠化帶二次處理的問題，如圖4所示。

圖4 粉碎及排放機構

4 綠動力綠籬機推廣前景

據(jù)資料顯示，傳統(tǒng)人工修剪6畝綠籬需要6人修剪24 h，即修剪1畝綠籬需要1人修剪4h。以1人修剪4 h綠籬為例，結合以上數(shù)據(jù)得圖5.

圖5 綠動力綠籬機效益比較

根據(jù)圖5數(shù)據(jù)可知：以1人修剪4小時為例，二沖程汽油式綠籬修剪機修剪約667m2的綠籬，耗油量0.80L，約花費20元；四沖程背負式綠籬修剪機修剪約667 m2的綠籬，耗油量2 L，約花費10.65元；而小型高效綠化帶修剪裝置可無人作業(yè)修剪約4 320 m2的綠籬，約花費2.40元。

據(jù)調(diào)查，人工平均每小時修剪綠籬約為167m2，且人工修剪成本約為100元/天，即每小時約為12.50元；而小型高效綠化帶修剪裝置平均每小時可無人作業(yè)修剪綠籬1 080 m2.相比較可知，本裝置每小時修剪效率約為人工的6.5倍。

綜上所述，在相同時間內(nèi)，小型高效綠化帶修剪裝置工作效率最大，且花費金額少，在達到高效率的同時，又達到高效益的目的。

相比傳統(tǒng)的車載式修剪機體積龐大、結構復雜，成本很高（據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有的價格至少在6萬以上），本裝置雖然結構簡單，但制造成本低，工作效率高。在設計上，結構緊湊，體積較小，不占用車道，并且能實現(xiàn)遠程操作作業(yè)，減小勞動強度，從而降低人工成本。

如今城市道路的綠籬修剪流程一般為：先是人工修剪或者車載式修剪機修剪，再工人進行處理殘枝。其中存在著較高的人工成本、工作效率低、污染大等缺點。相比，本裝置集修剪、收集、粉碎和排放模塊為一體，不僅可一次性完成作業(yè)，還能將殘枝變廢為寶，從而達到環(huán)境和經(jīng)濟效應雙贏的效果。

[1]向北平，楊乾華道路綠化帶液壓剪枝車的研究與設計.液壓與氣動，2008：9.

[2]陳 凡，李偉業(yè)，張曉凡，等.新型綠化帶修剪機動力及底盤系統(tǒng)設計.園林園藝 201508：32-8.

[3]孫 恒，陳作模，葛文杰《機械原理》第八版 北京 高等教育出版社2013.5.

[4]陸 玉.《機械設計課程設計》第四版 北京 機械工業(yè)出版社2006.12.

[5]濮良貴，陳國定，吳立言.《機械設計》第九版.北京高等教育出版社2013.5.

[6]顧正平.《園林綠化機械與設備》.機械工業(yè)出版社2002.5.1.

[7]黃立獻.《如何對園林綠化樹木進行修剪養(yǎng)護》綠化建設2015：5.

[8]蔣連瓊，王小純，唐秋艷，等.《常見綠籬修剪設備研究》學術 2013（3）：52-53.

The Design and Application of Dynamic Green Hedge Machine

CHENG Qing-wei，PENG En-hua，F(xiàn)ANG Zi-qi，WEN Zhan-fei，ZHANG Ming-rong，LIANG Yuan-yi
（South China University of Technonlogy of Guangzhou，GuangZhou Guangdong 510800，China）

The traditional hedge pruning techniques based on green hedge machine is a new power transmission belt collecting and conveying technology，rotary cutter grinding technology，slope discharge technology and electronic control technology for the control of the four core technology consists of a set of pruning，collecting，crushing and discharging is a multifunctional device for hedge pruning.The device adopts a motor as a driver，using a variety of movable structure pruning tool change the way to achieve a trim，breaking device is composed of a conveyor belt will deliver the appropriate position after pruning branches and crushed and discharged into the soil.The utility model not only has a wireless control module，but also a hand pushing mechanism，which realizes the functions of unmanned operation and manual pruning.Meanwhile，the utility model has the advantages of safety，pollution reduction，green safety，energy saving and environmental protection.

hedge trimmer；design；delivery；energy conservation

TH693

A

1672-545X（2017）08-0243-02