城市道路綠化養(yǎng)護車綠籬修剪裝置的設(shè)計

楊金沅， 董鈺婧， 屈祥如， 田 萌， 袁海濤

（成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院， 四川 成都 610059）

1 綠籬修剪裝置設(shè)計的技術(shù)要求

修剪機構(gòu)的設(shè)計理念是安裝在行走車輛上的可伸縮折疊的裝置[1]，能夠快速地完成工作形態(tài)的調(diào)整，以滿足不同工作環(huán)境下綠籬修剪的要求。綠籬修剪裝置的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求[2]：

1）綠籬修剪裝置應(yīng)能與行走車輛保持穩(wěn)固連接，同時結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單穩(wěn)定，以減少修剪工作中可能產(chǎn)生的振動對修剪效果造成的影響；

2）綠籬修剪裝置伸縮折疊結(jié)構(gòu)的回收速度要求滿足車輛在轉(zhuǎn)場時需要的工作速度，在使用時可快速展開到需要的工作姿態(tài)，工作完成后可快速折疊收起，把對城市道路交通的影響盡量減少到最低；

3）綠籬修剪裝置的操作應(yīng)靈活可靠，簡單快捷，針對修剪工作過程中可能出現(xiàn)的諸如廣告牌、交通標(biāo)志牌、路燈柱等障礙物實現(xiàn)良好的避障功能。

2 綠籬修剪裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 綠籬修剪部件的主要結(jié)構(gòu)

因在本設(shè)計中選用中型卡車作為行走車輛，故在本設(shè)計中的綠籬修剪裝置采用臂架懸掛式綠籬修剪機，在卡車上配置液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)對綠籬修剪裝置的伸縮折疊懸臂和工作機構(gòu)進行液壓系統(tǒng)控制。

本設(shè)計中的綠籬修剪裝置的主要組成部分包括伸縮折疊機構(gòu)和修剪刀盤，需要進行修剪工作時，伸縮折疊機構(gòu)和修剪刀盤協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)所需求的工作姿態(tài)的調(diào)整并完成綠籬修剪工作。

2.2 綠籬修剪裝置展開機構(gòu)

圖1 綠籬修剪裝置伸縮折疊機構(gòu)

2.3 刀盤結(jié)構(gòu)

在本設(shè)計中選用旋刀式結(jié)構(gòu)的綠籬修剪刀具，采用高速液壓馬達(dá)產(chǎn)生驅(qū)動力，來驅(qū)動刀具高速旋轉(zhuǎn)剪切道路兩旁的綠籬，修剪刀盤的組成部分如下頁圖2所示，包括刀架轉(zhuǎn)動液壓缸、V型連接件、刀架、修剪刀具等。

為了滿足最大的修剪尺寸要求，將修剪刀具直徑設(shè)計為R=500 mm，根據(jù)修剪刀具的安裝位置，可得出最大的修剪寬度L：

將R1=R2=R3=500mm代入上式可得，L=1 250 mm。

式中：R1、R2、R3分別為三把刀具的最大修剪直徑。

修剪刀盤的的主要參數(shù)如下表1：

圖2 修剪刀盤

表1 修剪刀盤參數(shù)

通過查閱文獻(xiàn)得知，現(xiàn)有旋刀式綠籬修剪機的功率為0.3 kW，轉(zhuǎn)速為8 000 r/min，在300 mm的修剪寬度范圍內(nèi)平均有15個需要被修剪的枝條，每個枝條對刀具的壓力為F，對刀具進行如下受力分析[3]。

根據(jù)公式：

其中 L1=20 mm，L2=40 mm，L3=60 mm，L4=80 mm，……，L7=140 mm，代入上式可得：F=0.295 N。

式中：P為液壓馬達(dá)功率，T為枝條對修剪刀具產(chǎn)生的扭矩，N為刀具轉(zhuǎn)速，為每個枝條距刀具回轉(zhuǎn)中心的距離。

在本文中所使用的修剪刀具長為500 mm，在其修剪范圍內(nèi)平均有25個需要修剪的枝條，L1=20 mm，L2=40 mm，L3=60 mm，L4=80 mm，……，L12=140 mm，P=T×N/9 550=2×（F×L1＋F×L2＋……＋F×L7）×N/9550。

可得本文中設(shè)計的刀具在轉(zhuǎn)速為2 500 r/min時所需的液壓馬達(dá)功率為0.6 kW。

3 綠籬修剪裝置的整體效果

綠籬修剪裝置工作姿態(tài)如圖3所示。

圖3 綠籬修剪裝置工作姿態(tài)