一種齒幅式綠化修剪器的研制與應(yīng)用

陳鏈冰，李志明，吳 開，陳達(dá)隆，劉智科

0 引言

高速公路中央隔離帶是高速公路的主體組成部分，其作用是遮光防眩、引導(dǎo)視線、美化環(huán)境、降低噪音、隔離車道、降低硬性防護(hù)成本等，給廣大司乘人員一種安全、舒適、自然的美感[1]。同時(shí)，中央隔離帶綠化又是改善路容路貌、保持水土流失的主要措施[2]。

高速公路中分帶綠化修剪是高速公路綠化養(yǎng)護(hù)一項(xiàng)重要內(nèi)容，其工作效率提高對(duì)于降低企業(yè)成本、提高安全系數(shù)具有重要作用[3]。本論述從實(shí)際工作出發(fā)，研制一種新型齒幅式綠化修剪器，解決中分帶綠化根部修剪不到位及側(cè)面修剪效果不佳的問題。

1 背景和意義

隨著公路里程的迅速增加和對(duì)綠化要求的提高，綠化帶養(yǎng)護(hù)作業(yè)的工作量大大增加。而現(xiàn)階段我國綠化帶養(yǎng)護(hù)的機(jī)械化程度相對(duì)落后[4]。目前，我國高速公路中央分隔帶綠化修剪工作以“人工+小型綠化機(jī)具”的方式為主，作業(yè)工效低，且存在較大的安全隱患。國內(nèi)外尚無直接應(yīng)用于高速公路中央分隔帶綠化修剪快速、高效的設(shè)備，具有巨大的市場(chǎng)潛力和良好的發(fā)展前景。

針對(duì)此情況，本項(xiàng)目通過研制一款齒幅式綠化修剪器，全面替代人工作業(yè)的機(jī)械化修剪設(shè)備及施工技術(shù)，提高施工工效，節(jié)省施工成本，實(shí)現(xiàn)高速公路中分帶綠化機(jī)械化、規(guī)范化作業(yè)。

2 技術(shù)現(xiàn)狀

隨著高速公路中分帶綠化陸續(xù)推行機(jī)械化修剪技術(shù)，逐步解決了高速公路中分帶綠化的頂面及部分側(cè)面修剪問題。但受中分帶設(shè)計(jì)寬度較窄的影響，對(duì)于護(hù)欄以下部分的灌木根部無法通過現(xiàn)有設(shè)備完成修剪工作。本項(xiàng)目根據(jù)車載式修剪設(shè)備的應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)研制中分帶綠化根部修剪專用設(shè)備。

（1）中分帶綠化修剪需同時(shí)修剪綠蘺頂面和兩側(cè)，頂面修剪控制高度在1.6～1.8 m，側(cè)面修剪要確保綠化枝條控制在防撞護(hù)欄板范圍內(nèi)，修剪效果要求平整美觀。

（2）傳統(tǒng)人工修剪模式的缺點(diǎn)及不足：使用單缸汽油機(jī)噪聲高，空氣污染嚴(yán)重；工人手持機(jī)具費(fèi)力，勞動(dòng)強(qiáng)度大；效率不高，需要配置大量技術(shù)工人進(jìn)行作業(yè)；受工人自身的技術(shù)水平和參照物的不同，很難做到修剪效果整齊；在高速公路作業(yè)時(shí)，工人人身安全很難得到有效保障[5]。

（3）作業(yè)效率非常低下，經(jīng)測(cè)算，20個(gè)勞動(dòng)力1天修剪長度約為1 km。

3 設(shè)計(jì)思路

高速公路中分帶綠化根部修剪主要考慮要輕便、操作簡單等，技術(shù)方案設(shè)計(jì)如下：

（1）體積輕便，重量小，整機(jī)厚度較薄，根據(jù)需修剪樹枝距地及距護(hù)欄近的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)修剪器的總厚度應(yīng)少于10厘米，可伸進(jìn)綠化帶樹枝根部。

（2）修剪距離地面位置小，可以有效地剪掉較矮的樹枝。

（3）只須更換原修剪機(jī)工作刀具裝置，充分利用主機(jī)操作系統(tǒng)，不改變操作模式，操作簡單、安全可靠。

（4）可隨修剪樹枝的角度在一定范圍內(nèi)調(diào)整，最大調(diào)整角度可達(dá)45°。

（5）可以靈活地避開護(hù)欄板及安裝立柱和防阻塊。

（6）整套機(jī)械設(shè)備的能耗盡量要低、充分利用現(xiàn)有養(yǎng)護(hù)作業(yè)車及可裝卸。

4 修剪器研制

根據(jù)高速公路養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)特點(diǎn)的需要，研制一款齒幅式液壓修剪器，可以配套于現(xiàn)有的中分帶修剪主機(jī)使用。采用齒幅式刀刃的修剪器，能最低限度減少修剪器的總成厚度，從而增加修剪器的作業(yè)空間。齒幅式刀刃修剪器總成厚度可以減少到8 cm，可以修剪中分帶寬度為120 cm以下，修剪高度可修剪距地5～8 cm高，修剪面積可達(dá)1.2 m左右。

（1）修剪設(shè)備整體構(gòu)造

綠化修剪設(shè)備由動(dòng)力系統(tǒng)、液壓升降傳動(dòng)系統(tǒng)、操作平臺(tái)、型鋼框架系統(tǒng)、齒幅式修剪器和液壓控制系統(tǒng)等組成（圖1、圖2），齒幅式修剪器由齒幅刀和連接臂組成；液壓控制系統(tǒng)由控制面板、液壓輔助泵、流量控制閥、液壓泵組成。其中液壓升降傳動(dòng)系統(tǒng)安裝在型鋼框架結(jié)構(gòu)上，并且通過傳動(dòng)裝置與刀頭裝置相連接，整套設(shè)備根據(jù)作業(yè)要求便于裝卸在養(yǎng)護(hù)作業(yè)車上。

（2）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 連接件安裝示意圖

齒幅修剪器液壓系統(tǒng)流量配置要求為50～80 L／min，需要配置一套流量為50～80 L／min的液壓泵及控制閥；齒幅修剪的最快剪切頻率為60次/min，需要配置一套流量為50～80 L／min電液壓控制裝置，可靈活調(diào)節(jié)修剪齒幅的動(dòng)作頻率，以適應(yīng)于不同修剪速度工況的需要。

（3）設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)

1）齒幅式修剪器使用螺栓連接的方式安裝在伸縮臂連接頭上，安裝簡便且不改變?cè)瓩C(jī)械工作修剪刀頭安裝位置，同時(shí)工作的各種運(yùn)動(dòng)擺幅由原機(jī)控制裝置實(shí)現(xiàn)。

2）齒幅式修剪器采用電液壓控制系統(tǒng)，通過手柄控制液壓流量，可調(diào)節(jié)刀片工作起停、快慢，并可以通過另外一套逆向手柄操控液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)刀齒逆向剪切。

3）主要技術(shù)參數(shù)如下：

工作幅寬：1 800～3 200 mm；

液壓流量：50～80 L/min；

剪切頻率：60～120次/min；

調(diào)整角度范圍：0°～45°；

最大剪切直徑：40 mm。

5 修剪器的應(yīng)用

齒幅式綠化修剪器經(jīng)過多次結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，分別在廣清高速進(jìn)行了0.8～1.2 m寬中分帶綠化根部、側(cè)邊的修剪試驗(yàn)以及在沈海高速進(jìn)行了1.2 m以上中分帶側(cè)面及根部的修剪試驗(yàn)，完成了設(shè)備的綜合性能檢測(cè)，整體效果良好。

（1）在修剪作業(yè)中，采用封閉交通的方式進(jìn)行修剪，修剪行車速度為3～5 km/h。修剪過程中需要配一輛清理車及1至2人作清理樹枝工作，修剪的碎樹一般會(huì)由修剪機(jī)引導(dǎo)灑落于修剪一側(cè)的超車道車上，碎枝經(jīng)過人工配合才能清理干凈。

（2）修剪機(jī)應(yīng)用數(shù)據(jù)

1）可修剪80 cm左右及以上寬度的中央綠化帶根部、側(cè)面等多個(gè)方位；

2）修剪的進(jìn)刀角度可以隨意根據(jù)修剪要求調(diào)整；

3）修剪距地高度10 cm左右，修剪樹枝的最大直徑可達(dá)4 cm，修剪濃密的樹枝根部時(shí)可通過調(diào)整行進(jìn)速度進(jìn)行修剪；

4）修剪面平整，樹枝切破裂損傷少，修剪質(zhì)量較好；

5）修剪過程中剩余的殘枝殘葉能隨修剪機(jī)導(dǎo)板落在中分帶護(hù)欄內(nèi)，不易飛濺造成行車危險(xiǎn)，作業(yè)安全性好，刀齒交替切入樹枝，不易崩脫飛濺。

應(yīng)用效果情況見圖3～6。

圖3 側(cè)面修剪

圖5 中分帶綠化修剪前

圖6 中分帶綠化修剪后

（3）經(jīng)調(diào)試與試用成功后，于2017年1月起陸續(xù)在廣東省多條高速公路上正式投入使用，修剪效果良好，并得到各條線路營運(yùn)單位的高度好評(píng)。

6 應(yīng)用總結(jié)和評(píng)價(jià)

（1）修剪方式

中分帶根部修剪宜采取交通管制方式進(jìn)行修剪，按照中分帶綠化修剪機(jī)施工操作規(guī)范進(jìn)行作業(yè)。路側(cè)灌木修剪可在不作交通管制的方式進(jìn)行作業(yè)，但建議尾隨一臺(tái)車載安全導(dǎo)向警示車輛。

（2）修剪速度

進(jìn)行中分帶綠化根部修剪時(shí)，可以輔助人工清理修剪后的根部粗枝，綜合修剪速度為2～3 km/h；進(jìn)行路側(cè)灌喬木修剪時(shí)，綜合修剪速度為3～5 km/h。

（3）經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

高速公路中分帶綠化根部修剪成本（包括交通管制、人工清理枝葉、機(jī)械使用費(fèi)）約為800元/km，路側(cè)灌喬木修剪成本約600元/km，比人工修剪模式降低成本約60%。

（4）工作效率對(duì)比

通過實(shí)際工作對(duì)比，采用機(jī)械化修剪，勞動(dòng)人數(shù)、勞動(dòng)時(shí)間、占道時(shí)間和耗用工日都得到明顯降低，修剪效率顯著提高。

（5）修剪效果評(píng)價(jià)

使用機(jī)械化修剪設(shè)備修剪后，中分帶綠化整體效果呈現(xiàn)高度一致、側(cè)面相對(duì)平整的形狀。

（6）安全與社會(huì)效益評(píng)價(jià)

作業(yè)區(qū)路段作業(yè)人員人數(shù)從20人降低到4～6人，相當(dāng)于單位密集度降低約60%，且作業(yè)時(shí)間縮短，安全系數(shù)大為提高。修剪作業(yè)占道時(shí)間大幅度縮短后，道路擁堵發(fā)生概率大幅度降低了70%。

7 結(jié)束語

高速公路中分帶綠化根部修剪設(shè)備已分別在廣東省多條高速公路上使用，實(shí)際使用效果證明，設(shè)備實(shí)用有效，值得推廣和應(yīng)用。此設(shè)備具有以下特點(diǎn)：

（1）可以廣泛應(yīng)用于高速公路中分帶灌木根部修剪以及路側(cè)喬木修剪作業(yè)，解決了高速公路中分帶綠化根部修剪不到位的技術(shù)難題；

（2）代替了人工手持剪刀或高枝鋸等小型機(jī)具作業(yè)的模式，具有操作方便和經(jīng)濟(jì)環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，提高了施工工效，減少了作業(yè)投入；

（3）有效縮短綠化修剪作業(yè)時(shí)間及占道時(shí)間，提高工作效率，降低安全隱患及作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。