全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置的研究與設(shè)計(jì)

張龍飛，郝傳柱

（山東華宇工學(xué)院，山東德州 253034）

0 引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，自動(dòng)化創(chuàng)新技術(shù)逐步走向規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路。伴隨著國(guó)家市政綠化工程的不斷推進(jìn)，全國(guó)各城市、街鎮(zhèn)、農(nóng)村開(kāi)始實(shí)施綠化工程的整治工作。移栽草皮是綠化工程實(shí)施過(guò)程的重要組成部分，由于目前草皮售貨廠商的銷售方式多數(shù)以m2的計(jì)算方式進(jìn)行切割，無(wú)法滿足用戶在移栽過(guò)程中對(duì)形狀與尺寸的實(shí)際需求，為此設(shè)計(jì)一套全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置。該裝置可以對(duì)草皮售貨廠商的產(chǎn)品進(jìn)行二次加工，根據(jù)用戶的實(shí)際情況切割出草皮移栽時(shí)所需的形狀尺寸。

1 草皮切割裝置使用情況

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的草皮切割裝置主要有草坪線切割機(jī)、草坪起草切塊機(jī)和人造草皮切割機(jī)，前兩者需人工推動(dòng)，切割后需人工整理，耗時(shí)長(zhǎng)、耗費(fèi)人力較大；而后者外型較大，且目前只適用于人造草皮的切割與移植，不適于戶外切割植物草皮。

國(guó)外市場(chǎng)中的自動(dòng)化草皮切割裝置占比極小且不適于復(fù)雜的工作環(huán)境，存在體積較大、費(fèi)用較高、維修困難等弊端，難以推廣與普及。而國(guó)內(nèi)在草皮切割領(lǐng)域市場(chǎng)空白較多，全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置擁有足夠的發(fā)展空間與潛力。

2 草皮裁剪整理裝置

2.1 草皮裁切割方式

目前草皮的切割方法有三種：第一種是通過(guò)草坪劃線機(jī)進(jìn)行切割，第二種是通過(guò)草坪起草切塊機(jī)進(jìn)行切割，第三種是通過(guò)人力手工進(jìn)行切割。

第一種方法是將草皮放置在地面上，利用草坪劃線機(jī)對(duì)草皮進(jìn)行劃線切割。由于草皮黏著在地面上，利用草坪劃線機(jī)下面安置的刀片進(jìn)行切割，地面上可能附著有石子等硬狀物體，切割時(shí)存在很多的不確定因素，可能會(huì)發(fā)生崩刀或斷刀等安全事故，屬于高危操作，耗時(shí)長(zhǎng)且無(wú)法滿足個(gè)性化切割要求。

第二種方法是用草坪起草切塊機(jī)對(duì)草皮進(jìn)行切割，這種方法適合于草皮生產(chǎn)廠家售貨時(shí)使用，是先將草皮從地下耕起然后切割成塊狀，這種方法也不能滿足個(gè)性化切割的設(shè)計(jì)要求。

第三種方法是利用刀、斧子、剪子等簡(jiǎn)易工具，手工對(duì)草皮進(jìn)行切割，這種方法可以根據(jù)客戶的實(shí)際需要切割出滿足設(shè)計(jì)要求的形狀尺寸，符合個(gè)性化切割的設(shè)計(jì)要求，但這種方法效率低、人工成本高，不適合大批量草皮切割使用。

2.2 全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置設(shè)計(jì)的必要性

全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置設(shè)計(jì)新穎，操作方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，一臺(tái)全自動(dòng)草皮裁剪機(jī)一天的工作量相當(dāng)于20個(gè)工人一天的工作量。目前市場(chǎng)上的草皮切割機(jī)大多數(shù)以人工為主體，市面上尚未出現(xiàn)操作簡(jiǎn)單方便的智能裝置來(lái)代替人工操作。由于人工操作進(jìn)行草皮裁剪時(shí)，不僅需要大量的人力，還需耗費(fèi)大量的時(shí)間和資金，并且人工操作過(guò)程中的安全性無(wú)法得到保障。為此，更安全、廉價(jià)、便捷的草皮裁剪整理裝置的市場(chǎng)實(shí)用價(jià)值得以體現(xiàn)。

3 全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)意義

在日常施工中，草皮移栽需耗費(fèi)大量人力，工期長(zhǎng)、效果差、成活率低。為了解決上述問(wèn)題，通過(guò)對(duì)草皮移栽的形狀尺寸以及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)目前已有的草皮切割機(jī)存在操作效率低的問(wèn)題，由此設(shè)計(jì)一款全自動(dòng)草皮裁剪與整理裝置，可以在短時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量完成草皮的裁剪與整理，該裝置包含傳送裝置、切割裝置、改尺裝置、報(bào)警裝置和保護(hù)裝置，可以大幅度減少施工時(shí)間，節(jié)省人力，減少草皮的損耗，使草皮裁剪與整理工作在短時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量完成。

3.2 材料選擇

由于草皮屬于草本植物，根冠比較緊密結(jié)實(shí)，所以在刀具的選擇上采用鋼結(jié)構(gòu)鋒刃圓盤狀刀具，由于整張草皮的重量較大，選定的材料必須要具備重量適宜、價(jià)格合理、足夠硬度等特點(diǎn)，因此全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置外殼采用鋁合金型材骨架制成，保證在使用過(guò)程中結(jié)實(shí)耐用。草皮較重，如果人工搬運(yùn)進(jìn)切割機(jī)進(jìn)料口費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為此設(shè)計(jì)利用傳送帶傳送至進(jìn)料口的方式。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置主要分為傳送、規(guī)劃切割路線、切割、推出4個(gè)部分，首先將成批大塊草皮送至切割機(jī)入口下面放置的傳送帶上，設(shè)置好切割寬度與切割形狀，啟動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行工作，切割好以后的草皮被傳送帶運(yùn)輸?shù)秸硌b置工作區(qū)域進(jìn)行整理，整理好的草皮隨著出口傳送帶傳送出來(lái)。

圖1 全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置示意

該裝置有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①體型較小，易于搬運(yùn)，生產(chǎn)效率稿；②報(bào)警裝置可以明確指出故障位置，方便維護(hù)與修理；③改尺裝置包含各類常見(jiàn)草皮尺寸，并且可以自定義草皮修改尺寸，操作方便。

3.4 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

本切割裝置在切割機(jī)前端裝配一個(gè)帶有針狀刺的錐型滾輪機(jī)構(gòu)（圖2），機(jī)器啟動(dòng)后實(shí)行連續(xù)滾動(dòng)運(yùn)行，抓取傳送帶上的草皮移送至切割機(jī)入口，該結(jié)構(gòu)輔助傳送帶上的草皮輸入進(jìn)切割機(jī)。切割機(jī)上帶控制臺(tái)，提前設(shè)置好切割寬度與切割形狀，切割完畢后送到整理裝置進(jìn)行整理，由出口將切割好的草皮傳送出來(lái)。

圖2 前置錐型滾輪

3.5 報(bào)警功能設(shè)計(jì)

傳送裝置將草皮送入機(jī)器后，裝置根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的尺寸對(duì)草皮進(jìn)行裁剪，裁剪后的草皮經(jīng)整理后被傳送裝置運(yùn)出，且能做到不易卡草，不傷草皮。在傳送和裁剪草皮時(shí)，通過(guò)保護(hù)裝置可以減少對(duì)草根的折損，避免影響草皮的成活率。改尺裝置便于操作，能夠快速設(shè)定尺寸，其中包含常見(jiàn)的草皮尺寸，也可以自定義草皮尺寸。當(dāng)草皮堵塞機(jī)器使其無(wú)法正常工作時(shí)，觸動(dòng)報(bào)警裝置，并明確指出發(fā)生障礙的位置，方便維護(hù)與修理。機(jī)器體積適中，可搬運(yùn)，無(wú)需大量準(zhǔn)備工作，方便戶外作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城市綠化工程的大規(guī)模開(kāi)展，草皮的需求量越來(lái)越多，綠化單位從草皮種植廠家購(gòu)買的為規(guī)則型草皮，但是在草皮移栽過(guò)程中，種植位置多為無(wú)規(guī)則地塊，這時(shí)就需要使用較為簡(jiǎn)陋的切割工具，人工切割成所需要形狀再進(jìn)行移栽，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、影響效率。設(shè)計(jì)全自動(dòng)草皮裁剪整理裝置是為了在短時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量地完成草皮的裁剪和整理。在日常施工中，草皮移栽需耗費(fèi)大量人力，工期長(zhǎng)，效果差，影響成活率。為了解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款全自動(dòng)草皮裁剪與整理裝置，可以在短時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量地完成草皮的裁剪與整理，填補(bǔ)市場(chǎng)空白。本裝置還可以提高在高原高寒地區(qū)公路建設(shè)中草皮的移植效率，并加快高原地區(qū)生態(tài)恢復(fù)，使高原地區(qū)大面積綠化成為可能。