城市道路绿化养护车绿篱修剪装置的设计

杨金沅， 董钰婧， 屈祥如， 田 萌， 袁海涛

（成都理工大学核技术与自动化工程学院， 四川 成都 610059）

1 绿篱修剪装置设计的技术要求

修剪机构的设计理念是安装在行走车辆上的可伸缩折叠的装置[1]，能够快速地完成工作形态的调整，以满足不同工作环境下绿篱修剪的要求。绿篱修剪装置的设计应满足以下要求[2]：

1）绿篱修剪装置应能与行走车辆保持稳固连接，同时结构应简单稳定，以减少修剪工作中可能产生的振动对修剪效果造成的影响；

2）绿篱修剪装置伸缩折叠结构的回收速度要求满足车辆在转场时需要的工作速度，在使用时可快速展开到需要的工作姿态，工作完成后可快速折叠收起，把对城市道路交通的影响尽量减少到最低；

3）绿篱修剪装置的操作应灵活可靠，简单快捷，针对修剪工作过程中可能出现的诸如广告牌、交通标志牌、路灯柱等障碍物实现良好的避障功能。

2 绿篱修剪装置的结构设计

2.1 绿篱修剪部件的主要结构

因在本设计中选用中型卡车作为行走车辆，故在本设计中的绿篱修剪装置采用臂架悬挂式绿篱修剪机，在卡车上配置液压系统，实现对绿篱修剪装置的伸缩折叠悬臂和工作机构进行液压系统控制。

本设计中的绿篱修剪装置的主要组成部分包括伸缩折叠机构和修剪刀盘，需要进行修剪工作时，伸缩折叠机构和修剪刀盘协调运动，实现所需求的工作姿态的调整并完成绿篱修剪工作。

2.2 绿篱修剪装置展开机构

图1 绿篱修剪装置伸缩折叠机构

2.3 刀盘结构

在本设计中选用旋刀式结构的绿篱修剪刀具，采用高速液压马达产生驱动力，来驱动刀具高速旋转剪切道路两旁的绿篱，修剪刀盘的组成部分如下页图2所示，包括刀架转动液压缸、V型连接件、刀架、修剪刀具等。

为了满足最大的修剪尺寸要求，将修剪刀具直径设计为R=500 mm，根据修剪刀具的安装位置，可得出最大的修剪宽度L：

将R1=R2=R3=500mm代入上式可得，L=1 250 mm。

式中：R1、R2、R3分别为三把刀具的最大修剪直径。

修剪刀盘的的主要参数如下表1：

图2 修剪刀盘

表1 修剪刀盘参数

通过查阅文献得知，现有旋刀式绿篱修剪机的功率为0.3 kW，转速为8 000 r/min，在300 mm的修剪宽度范围内平均有15个需要被修剪的枝条，每个枝条对刀具的压力为F，对刀具进行如下受力分析[3]。

根据公式：

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为液压马达功率，T为枝条对修剪刀具产生的扭矩，N为刀具转速，为每个枝条距刀具回转中心的距离。

在本文中所使用的修剪刀具长为500 mm，在其修剪范围内平均有25个需要修剪的枝条，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。

可得本文中设计的刀具在转速为2 500 r/min时所需的液压马达功率为0.6 kW。

3 绿篱修剪装置的整体效果

绿篱修剪装置工作姿态如图3所示。

图3 绿篱修剪装置工作姿态