手持式綠籬修剪機(jī)設(shè)計(jì)方案的選擇和試驗(yàn)

楊天興　祁富燕　王振祿　王隴臨　水清皎

摘 要：為了從綠籬修剪機(jī)設(shè)計(jì)的眾多方案中選擇出最佳方案，采用模糊評(píng)價(jià)的方法對(duì)4個(gè)備選方案進(jìn)行隸屬度函數(shù)的計(jì)算，最終完成了方案的評(píng)價(jià)和選擇。試驗(yàn)證明，模糊評(píng)價(jià)能夠?yàn)槭殖蛛妱?dòng)綠籬修剪機(jī)的設(shè)計(jì)方案選擇和科學(xué)決策提供參考。

關(guān)鍵詞：綠籬修剪機(jī);設(shè)計(jì)方案;模糊評(píng)價(jià);試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：S776.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201015016

引言

綠籬是現(xiàn)代化生活中企事業(yè)單位、生活小區(qū)和綠化帶不可或缺的造景和綠化手法。本文以機(jī)械設(shè)計(jì)方法學(xué)相關(guān)內(nèi)容為指導(dǎo)，對(duì)手持式電動(dòng)綠籬修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行定量與定性的分析。同時(shí)，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)不同方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)劣排序，從而選出手持式電動(dòng)綠籬修剪機(jī)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案[3-6]。

1 修剪機(jī)總功能的描述及分解

設(shè)計(jì)的手持式電動(dòng)綠籬修剪機(jī)要求將綠籬按照成型要求把多余的莖稈剪去，割茬均勻、整齊，無撕裂，操作簡(jiǎn)單，使用安全可靠?？偣δ苊枋鰹椤靶藜艟G籬多余的莖稈”。

利用“黑箱法”完成修剪機(jī)功能分析，如圖1所示。

對(duì)于比較復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)可利用系統(tǒng)工程的分解性原理和功能樹的方式將功能系統(tǒng)按總功能、分功能等功能元進(jìn)行分解，化繁為簡(jiǎn)，以便通過各功能元解的有機(jī)組合求得技術(shù)系統(tǒng)解[7]。修剪機(jī)總功能為修剪莖稈，可分解為能量轉(zhuǎn)換、控制方式、剪切莖稈，剪切莖稈功能分為切割方式及切割運(yùn)動(dòng)變換。

2 功能結(jié)構(gòu)的建立及方案的形態(tài)學(xué)矩陣

綠籬修剪機(jī)的總功能分解為能量轉(zhuǎn)換、控制方式、切割方式及切割運(yùn)動(dòng)變換4個(gè)功能元。根據(jù)功能元的性質(zhì)尋找實(shí)現(xiàn)的工作原理，再從工作原理找到功能載體即可獲得功能元的解。將獲得的各功能元的解列入以功能元為縱坐標(biāo)，功能元的解為橫坐標(biāo)的形態(tài)學(xué)矩陣中，如表1所示。

根據(jù)表1修剪機(jī)方案的形態(tài)學(xué)矩陣得出整體方案，從理論上可以計(jì)算出：

S=5×2×3×4=120

根據(jù)是否滿足最終功能的實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性及成本的高低等要求和相容性原則初步選定以下幾種方案作為備選方案：

汽油機(jī)→手動(dòng)控制→凸輪機(jī)構(gòu)→往復(fù)切割;

汽油機(jī)→機(jī)械控制→擺環(huán)機(jī)構(gòu)→撓性切割;

移動(dòng)電源→手動(dòng)控制→錐齒輪傳動(dòng)→高速回轉(zhuǎn)切割;

交流220V電壓→機(jī)械控制→錐齒輪傳動(dòng)→高速回轉(zhuǎn)切割。

3 模糊評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重的確定

對(duì)于綠籬修剪機(jī)，從使用的效果、制造的成本和社會(huì)效益3方面考慮選擇撕裂率、工作幅寬、價(jià)格、安全性、噪聲、可靠性和維修性7個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)目標(biāo)，利用優(yōu)序圖法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。優(yōu)序圖法是通過對(duì)多個(gè)指標(biāo)或目標(biāo)進(jìn)行兩兩相對(duì)比較，最后給出重要性次序或優(yōu)先次序[8，9]。將7個(gè)指標(biāo)兩兩進(jìn)行對(duì)比，若一個(gè)指標(biāo)和另一個(gè)指標(biāo)相比絕對(duì)重要?jiǎng)t得4分，另一指標(biāo)得0分;一個(gè)指標(biāo)相對(duì)另一個(gè)指標(biāo)重要?jiǎng)t分別得3分和1分;兩指標(biāo)相當(dāng)則各得2分。表中ki為各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的總得分，gi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，即第i個(gè)指標(biāo)的總得分與所有指標(biāo)總得分和之比。結(jié)果如表2所示。

3.2 評(píng)價(jià)目標(biāo)的確定

將評(píng)價(jià)目標(biāo)分為4個(gè)等級(jí)：優(yōu)、良、中、差，上述7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的等級(jí)級(jí)別如表3所示。

3.3 模糊評(píng)價(jià)矩陣的建立及隸屬度的計(jì)算

根據(jù)以上分析，可以得到評(píng)價(jià)指標(biāo)集X、權(quán)重矩陣A和評(píng)價(jià)目標(biāo)集

X={撕裂率、工作幅寬、價(jià)格、安全性、噪聲、可靠性、維修性}

A={0.18、0.23、0.12、0.14、0.12、0.13、0.08}

Y={優(yōu)、良、中、差}

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果備選方案按照最大隸屬度排序?yàn)?、4、1、2。在方案比較時(shí)遵循最大隸屬度原則，所以根據(jù)排序選擇方案3，即移動(dòng)電源→手動(dòng)控制→錐齒輪傳動(dòng)→高速回轉(zhuǎn)切割。因綠籬遍布居民小區(qū)、各個(gè)單位院落和校園，動(dòng)力采用移動(dòng)電源可以減少尾氣污染、保護(hù)環(huán)境;手動(dòng)控制便于在修剪過程中根據(jù)成型需要方便調(diào)控;切割方式采用高速回轉(zhuǎn)式切割器是以高速回轉(zhuǎn)刀具對(duì)綠籬作物形成沖擊、砍切，實(shí)現(xiàn)對(duì)快速綠籬的剪切，撕裂率低;切割運(yùn)動(dòng)變換利用錐齒輪傳動(dòng)將水平方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较虻母咚傩D(zhuǎn)，使切割刀片產(chǎn)生高速的旋轉(zhuǎn)切割運(yùn)動(dòng)。按照方案3，采用手提拋光機(jī)為切割旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換裝置，配以專門制作的切割刀片試制樣機(jī)2臺(tái)，用以綠籬修剪試驗(yàn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

4 性能試驗(yàn)及結(jié)果分析

對(duì)綠籬的修剪試驗(yàn)在蘭州城市學(xué)院培黎校區(qū)進(jìn)行，如圖3所示。

試驗(yàn)綠籬長勢(shì)及大小符合試驗(yàn)要求和機(jī)具的適應(yīng)范圍。性能試驗(yàn)依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)園林機(jī)械—手持式電動(dòng)綠籬修剪機(jī)LYT_2403-2014和《北京市綠籬修剪機(jī)的技術(shù)要求及操作規(guī)程》進(jìn)行。樣機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

結(jié)果表明，按照相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試中該新型手持式電動(dòng)綠籬修剪機(jī)總體工作順暢，切割性能穩(wěn)定，割茬整齊，其設(shè)計(jì)方案合理。

5 結(jié)論

運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建了手持式電動(dòng)綠籬修剪機(jī)設(shè)計(jì)方案模糊綜合評(píng)價(jià)模型，通過綜合評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了從多個(gè)備選方案中選擇最優(yōu)方案的評(píng)價(jià)和選擇。試驗(yàn)證明，該種評(píng)價(jià)體系具有一定應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于從眾多方案中選優(yōu)時(shí)有一定的參考意義。

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（責(zé)任編輯 周康）

收稿日期：2020-08-27

基金項(xiàng)目：甘肅省高等學(xué)校科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2017C—21）;甘肅省高等學(xué)?？蒲许?xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2018D—18）;甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：18JR3RA225），隴原青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2020RCXM132）

作者簡(jiǎn)介：楊天興（1974-），男，碩士，副教授。研究方向：園林機(jī)械;通訊作者水清皎。