一種新型草坪修剪機(jī)的設(shè)計(jì)

藍(lán) 健，鐘昊天

（大連大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

草坪修剪機(jī)是用于修剪草坪的機(jī)器。現(xiàn)有的草坪修剪機(jī)，一般是由電力或燃料驅(qū)動(dòng)，有著耗能大、噪音大，價(jià)格昂貴等缺陷。本文所介紹的草坪修剪機(jī)，采用了節(jié)能靜音的設(shè)計(jì)理念，其所有運(yùn)動(dòng)均為由后輪作為動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)，操作者只需推動(dòng)修剪機(jī)在草坪上行走，即可完成按地形進(jìn)行剪草的功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，效率較高。

1 設(shè)計(jì)思想

1.1 以節(jié)能靜音為主題

市場(chǎng)上現(xiàn)有的草坪修剪機(jī)較多，但這些工具往往為追求多功能化、自動(dòng)化，采用燃料或電力的驅(qū)動(dòng)方式。本文介紹的機(jī)械式草坪修剪機(jī)，完全采用機(jī)械傳動(dòng)方式，由人力提供能量，順應(yīng)提倡節(jié)能減排的國(guó)策，是理想的草坪修剪工具，并且可適用于不平坦地區(qū)草坪的修剪，適合大范圍使用。

1.2 自動(dòng)適應(yīng)地形

該草坪修剪裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀片隨著地面的高低不平而上下移動(dòng)，保證了修剪后草的長(zhǎng)度與地形一致，在更美觀的同時(shí)，也保護(hù)了草坪，這是現(xiàn)代許多草坪修剪機(jī)無(wú)法做到的。

1.3 實(shí)用性

該機(jī)主要適用于住宅區(qū)、辦公區(qū)、醫(yī)院、景區(qū)等對(duì)噪聲和環(huán)境要求較高的場(chǎng)所，其設(shè)計(jì)以實(shí)用性為目標(biāo)。

1.4 經(jīng)濟(jì)性

由于該機(jī)實(shí)現(xiàn)了低成本與節(jié)約能源，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)耐用。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

草坪修剪機(jī)主體設(shè)計(jì)如圖1，主要由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分及草坪修剪部分組成。

圖1 草坪修剪機(jī)主體設(shè)計(jì)圖

2.2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)

（1）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分的總體設(shè)計(jì)。草坪修剪機(jī)的設(shè)計(jì)要求為無(wú)需能源，對(duì)此我們將動(dòng)力來(lái)源定為使用者的推力。因此本文設(shè)計(jì)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由以下部分構(gòu)成：驅(qū)動(dòng)輪，變速裝置，換向機(jī)構(gòu)。（圖2）

圖2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

（2）驅(qū)動(dòng)輪。驅(qū)動(dòng)輪選擇時(shí)，采用了后輪驅(qū)動(dòng)，人在推草坪修剪機(jī)扶手時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的下壓力，這樣會(huì)增大后輪與地面的摩擦力，采用后輪驅(qū)動(dòng)，使得產(chǎn)品更合理，更人性化。

（3）變速裝置。變速裝置將驅(qū)動(dòng)輪傳遞而來(lái)的速度，由齒輪組（圖3）進(jìn)行提速，使草坪修剪部分得到需要的速度，變速齒輪總傳動(dòng)比如圖3所示。

圖3 變速齒輪總傳動(dòng)比

（4）換向機(jī)構(gòu)。換向機(jī)構(gòu)由曲柄滑塊及水平滑道組成，齒輪帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過(guò)帶動(dòng)萬(wàn)向節(jié)軸承及與萬(wàn)向節(jié)軸承鏈接的水平滑道運(yùn)動(dòng)，最終將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為水平的直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)草坪修剪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)（如圖4）。

圖4 換向機(jī)構(gòu)

2.3 修剪部分的設(shè)計(jì)

（1）草坪修剪部分的總體設(shè)計(jì)。草坪修剪部分設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到為了使刀架能根據(jù)地形的變化自動(dòng)適應(yīng)剪草作業(yè)，因此設(shè)計(jì)的修剪部分主要由組合式刀片和自動(dòng)升降刀架組成。

（2）組合式刀片。本文中的刀片采用組合式設(shè)計(jì)，使剪草刀片具有了獨(dú)立可調(diào)節(jié)性，大大簡(jiǎn)化了調(diào)節(jié)和使用難度，并簡(jiǎn)化了刀片的制造工藝（如圖5）。

圖5 組合式刀片

（3）自動(dòng)升降刀架。自動(dòng)升降刀架主要有刀片，拉簧，鉸鏈，導(dǎo)引車輪組成。刀片與滑道通過(guò)鉸鏈相連，同時(shí)滑道又與曲柄滑塊相連，整個(gè)裝置通過(guò)鉸鏈與引導(dǎo)車輪相結(jié)合，然后通過(guò)拉簧與車身相連，這樣就組成了懸掛式設(shè)計(jì)的整套修剪裝置，其可以隨著中央車輪而改變距地面的高度，當(dāng)遇到高坡時(shí)，中央車輪會(huì)帶動(dòng)刀片上升，保證了修剪后草的高度相同（如圖6）。

圖6 自動(dòng)升降刀架

2.4 草坪修剪機(jī)部分計(jì)算

草坪修剪機(jī)主要傳動(dòng)裝置由圖7所示的變速機(jī)構(gòu)和圖8所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成。

（1）變速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比的計(jì)算。

圖7 變速機(jī)構(gòu)

第一級(jí)齒輪傳動(dòng)i1=1，z1=21，z2=21；

第二級(jí)齒輪傳動(dòng)i2=1:3，z2'=99，z3=33；

第三級(jí)齒輪傳動(dòng)i3=1:6，z3'=39，z4=13；

齒輪總傳動(dòng)比為

（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的計(jì)算。

圖8 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

對(duì)心曲柄滑塊e=0，θ=0；

因該機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角γmin≠0，故該機(jī)構(gòu)無(wú)死點(diǎn)；

AB=25 mm；

BC=90 mm。

由于人們推動(dòng)著物體，步行速度必然下降，從調(diào)查可知，人們推著小車時(shí)，步行速度為ν=0.5 m/s時(shí)，人們感覺(jué)最舒適，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)采用了人體的步行速度ν=0.5 m/s來(lái)計(jì)算機(jī)構(gòu)的速度值。

車輪直徑d=120 mm；

車輪轉(zhuǎn)速ω1=1.33 r/s；

曲柄轉(zhuǎn)速ω2=12 r/s；

刀片剪草次數(shù)t =24次/s；

刀片剪草時(shí)的速度ν=1.2 m/s。

經(jīng)試驗(yàn)調(diào)查得知，這個(gè)速度足可以剪斷草葉，并且使用者的感覺(jué)也是最舒適的（實(shí)物如圖9）。

圖9 剪草機(jī)實(shí)物圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)貫徹節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)，操作過(guò)程中無(wú)需能源，無(wú)噪音。并且本草坪修剪機(jī)具有自動(dòng)適應(yīng)地形的功能，是生活中理想的草坪修剪工具，對(duì)提高生活品質(zhì)有著重要意義。

[1]張紅麗.環(huán)保節(jié)能草坪修剪機(jī)的研制[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，（26）：11421-11422.

[2]張克成.草坪機(jī)的常見(jiàn)問(wèn)題及處理技術(shù)[J].中綠色大世界·綠色科技，2009，（6）：69-70.