一种齿幅式绿化修剪器的研制与应用

陈链冰，李志明，吴 开，陈达隆，刘智科

0 引言

高速公路中央隔离带是高速公路的主体组成部分，其作用是遮光防眩、引导视线、美化环境、降低噪音、隔离车道、降低硬性防护成本等，给广大司乘人员一种安全、舒适、自然的美感[1]。同时，中央隔离带绿化又是改善路容路貌、保持水土流失的主要措施[2]。

高速公路中分带绿化修剪是高速公路绿化养护一项重要内容，其工作效率提高对于降低企业成本、提高安全系数具有重要作用[3]。本论述从实际工作出发，研制一种新型齿幅式绿化修剪器，解决中分带绿化根部修剪不到位及侧面修剪效果不佳的问题。

1 背景和意义

随着公路里程的迅速增加和对绿化要求的提高，绿化带养护作业的工作量大大增加。而现阶段我国绿化带养护的机械化程度相对落后[4]。目前，我国高速公路中央分隔带绿化修剪工作以“人工+小型绿化机具”的方式为主，作业工效低，且存在较大的安全隐患。国内外尚无直接应用于高速公路中央分隔带绿化修剪快速、高效的设备，具有巨大的市场潜力和良好的发展前景。

针对此情况，本项目通过研制一款齿幅式绿化修剪器，全面替代人工作业的机械化修剪设备及施工技术，提高施工工效，节省施工成本，实现高速公路中分带绿化机械化、规范化作业。

2 技术现状

随着高速公路中分带绿化陆续推行机械化修剪技术，逐步解决了高速公路中分带绿化的顶面及部分侧面修剪问题。但受中分带设计宽度较窄的影响，对于护栏以下部分的灌木根部无法通过现有设备完成修剪工作。本项目根据车载式修剪设备的应用情况，设计研制中分带绿化根部修剪专用设备。

（1）中分带绿化修剪需同时修剪绿蓠顶面和两侧，顶面修剪控制高度在1.6～1.8 m，侧面修剪要确保绿化枝条控制在防撞护栏板范围内，修剪效果要求平整美观。

（2）传统人工修剪模式的缺点及不足：使用单缸汽油机噪声高，空气污染严重；工人手持机具费力，劳动强度大；效率不高，需要配置大量技术工人进行作业；受工人自身的技术水平和参照物的不同，很难做到修剪效果整齐；在高速公路作业时，工人人身安全很难得到有效保障[5]。

（3）作业效率非常低下，经测算，20个劳动力1天修剪长度约为1 km。

3 设计思路

高速公路中分带绿化根部修剪主要考虑要轻便、操作简单等，技术方案设计如下：

（1）体积轻便，重量小，整机厚度较薄，根据需修剪树枝距地及距护栏近的特点，设计修剪器的总厚度应少于10厘米，可伸进绿化带树枝根部。

（2）修剪距离地面位置小，可以有效地剪掉较矮的树枝。

（3）只须更换原修剪机工作刀具装置，充分利用主机操作系统，不改变操作模式，操作简单、安全可靠。

（4）可随修剪树枝的角度在一定范围内调整，最大调整角度可达45°。

（5）可以灵活地避开护栏板及安装立柱和防阻块。

（6）整套机械设备的能耗尽量要低、充分利用现有养护作业车及可装卸。

4 修剪器研制

根据高速公路养护生产特点的需要，研制一款齿幅式液压修剪器，可以配套于现有的中分带修剪主机使用。采用齿幅式刀刃的修剪器，能最低限度减少修剪器的总成厚度，从而增加修剪器的作业空间。齿幅式刀刃修剪器总成厚度可以减少到8 cm，可以修剪中分带宽度为120 cm以下，修剪高度可修剪距地5～8 cm高，修剪面积可达1.2 m左右。

（1）修剪设备整体构造

绿化修剪设备由动力系统、液压升降传动系统、操作平台、型钢框架系统、齿幅式修剪器和液压控制系统等组成（图1、图2），齿幅式修剪器由齿幅刀和连接臂组成；液压控制系统由控制面板、液压辅助泵、流量控制阀、液压泵组成。其中液压升降传动系统安装在型钢框架结构上，并且通过传动装置与刀头装置相连接，整套设备根据作业要求便于装卸在养护作业车上。

（2）液压系统设计

图1 结构示意图

图2 连接件安装示意图

齿幅修剪器液压系统流量配置要求为50～80 L／min，需要配置一套流量为50～80 L／min的液压泵及控制阀；齿幅修剪的最快剪切频率为60次/min，需要配置一套流量为50～80 L／min电液压控制装置，可灵活调节修剪齿幅的动作频率，以适应于不同修剪速度工况的需要。

（3）设备技术特点

1）齿幅式修剪器使用螺栓连接的方式安装在伸缩臂连接头上，安装简便且不改变原机械工作修剪刀头安装位置，同时工作的各种运动摆幅由原机控制装置实现。

2）齿幅式修剪器采用电液压控制系统，通过手柄控制液压流量，可调节刀片工作起停、快慢，并可以通过另外一套逆向手柄操控液压系统，实现刀齿逆向剪切。

3）主要技术参数如下：

工作幅宽：1 800～3 200 mm；

液压流量：50～80 L/min；

剪切频率：60～120次/min；

调整角度范围：0°～45°；

最大剪切直径：40 mm。

5 修剪器的应用

齿幅式绿化修剪器经过多次结构优化后，分别在广清高速进行了0.8～1.2 m宽中分带绿化根部、侧边的修剪试验以及在沈海高速进行了1.2 m以上中分带侧面及根部的修剪试验，完成了设备的综合性能检测，整体效果良好。

（1）在修剪作业中，采用封闭交通的方式进行修剪，修剪行车速度为3～5 km/h。修剪过程中需要配一辆清理车及1至2人作清理树枝工作，修剪的碎树一般会由修剪机引导洒落于修剪一侧的超车道车上，碎枝经过人工配合才能清理干净。

（2）修剪机应用数据

1）可修剪80 cm左右及以上宽度的中央绿化带根部、侧面等多个方位；

2）修剪的进刀角度可以随意根据修剪要求调整；

3）修剪距地高度10 cm左右，修剪树枝的最大直径可达4 cm，修剪浓密的树枝根部时可通过调整行进速度进行修剪；

4）修剪面平整，树枝切破裂损伤少，修剪质量较好；

5）修剪过程中剩余的残枝残叶能随修剪机导板落在中分带护栏内，不易飞溅造成行车危险，作业安全性好，刀齿交替切入树枝，不易崩脱飞溅。

应用效果情况见图3～6。

图3 侧面修剪

图5 中分带绿化修剪前

图6 中分带绿化修剪后

（3）经调试与试用成功后，于2017年1月起陆续在广东省多条高速公路上正式投入使用，修剪效果良好，并得到各条线路营运单位的高度好评。

6 应用总结和评价

（1）修剪方式

中分带根部修剪宜采取交通管制方式进行修剪，按照中分带绿化修剪机施工操作规范进行作业。路侧灌木修剪可在不作交通管制的方式进行作业，但建议尾随一台车载安全导向警示车辆。

（2）修剪速度

进行中分带绿化根部修剪时，可以辅助人工清理修剪后的根部粗枝，综合修剪速度为2～3 km/h；进行路侧灌乔木修剪时，综合修剪速度为3～5 km/h。

（3）经济效益对比

高速公路中分带绿化根部修剪成本（包括交通管制、人工清理枝叶、机械使用费）约为800元/km，路侧灌乔木修剪成本约600元/km，比人工修剪模式降低成本约60%。

（4）工作效率对比

通过实际工作对比，采用机械化修剪，劳动人数、劳动时间、占道时间和耗用工日都得到明显降低，修剪效率显著提高。

（5）修剪效果评价

使用机械化修剪设备修剪后，中分带绿化整体效果呈现高度一致、侧面相对平整的形状。

（6）安全与社会效益评价

作业区路段作业人员人数从20人降低到4～6人，相当于单位密集度降低约60%，且作业时间缩短，安全系数大为提高。修剪作业占道时间大幅度缩短后，道路拥堵发生概率大幅度降低了70%。

7 结束语

高速公路中分带绿化根部修剪设备已分别在广东省多条高速公路上使用，实际使用效果证明，设备实用有效，值得推广和应用。此设备具有以下特点：

（1）可以广泛应用于高速公路中分带灌木根部修剪以及路侧乔木修剪作业，解决了高速公路中分带绿化根部修剪不到位的技术难题；

（2）代替了人工手持剪刀或高枝锯等小型机具作业的模式，具有操作方便和经济环保的优点，提高了施工工效，减少了作业投入；

（3）有效缩短绿化修剪作业时间及占道时间，提高工作效率，降低安全隐患及作业人员劳动强度。