一种新型碎草机的研制

刘金阳，陈剑彬，何克甜

(广西徐沃工程机械设备有限公司，南宁530105)

0 引言

随着社会的进步与科技的发展，人民的生活水平不断提高，环境的绿化、整洁和美观正在被人们追求，各式各样的花园、草坪、丛林成为了人们休闲娱乐的好地方。其中，平整美观、舒适的草地随处可见，在体育锻炼、 娱乐和休闲活动中起到至关重要的作用。为此，保持和维护草坪的工具和设备需求量日趋增加，品种也层出不穷。但是，此类设备的使用不是很频繁，而根据草皮植被的生产状况而定。一般草坪养护修剪次数，常因季节、地区、草种用途不同而不同，处于生长旺盛期的修剪次数多，一般草坪一年最少要修剪4 ～5 次，高度养护管理的草坪(如高尔夫球场草坪)［1］，在夏季一般也要 7 ～ 8 天左右修剪一次。若能将碎草机作为一种属具与挖掘机结合，即便于交通出行，还能解决设备闲置、资源浪费、降低设备成本等社会生活问题，因此，碎草机作为挖掘机的属具使挖掘机一机多用是一种趋势。

1 现有碎草机存在的问题

当前，林业及农业除草工作机械中，常规的设备有镰刀、背负式除草机、大型碎草机等。镰刀除草方式人工劳动强度大，效率低；背负式除草机需要人背或侧挂带有动力的汽油机，负重工作，汽油机发出的噪音大；人手持汽油机动力除草机构，动力弱，除草范围小；人手持获得汽油机动力除草机构工作时还伴有强烈的抖动，人就近操作存在一定的危险；大型碎草机铡草长度可调，变换三角皮带在塔轮槽中的位置即可铡切两种长度的草［2］，定刀、动刀采用直刀刃口、便于调整和刃磨，劳动效率高，工作稳定，但是设备成本高，需要场地大，噪音及对环境的影响大。随着城市绿化和环境的改善，人民对绿地的要求越来越高，碎草机成为一种集工作、绿色环保多功能的劳动工具是一种趋势。

2 研制的思路

碎草机的传动系统普遍采用传动带(链)多方驱动轮相互传动连接的动力输出方式，这种连接方式机械效率高，但也有很大的缺点：在一方受到阻力而引起故障时，也将引用其他驱动轮的相互故障，造成故障不容易排查，且前级受后级负荷叠加，磨损加剧、故障率增加，为提高可靠性，需大大加强前级的强度与刚性，增加制造成本；无论碎草机构是否与实际工作的草料相匹配，动力输出的主驱轮都将同时随机销售，增加了销售成本；同时，在选配碎草传动机构时，或发生故障进行维修时拆装不便。

本碎草机的研究目的是在于克服目前碎草机的上述缺陷，制造出一种可借助现有设备、节能环保新型工具，在保持原有设备功能不变的情况下，使除草工作轻而易举，原有设备一机多用。本碎草机应用于园林及农业除草工作，本碎草机配套挖掘机使用，接合挖掘机自身灵活的操控优势，在园林及农业除草作业方式中是一种新型的园林及农业除草的作业方式，大大提高了园林及农业除草作业效率。

3 碎草机结构

3.1 总体结构

碎草机的基本组成如图1 所示：主要由刀具液压马达1、侧座2、旋转辊3、刀片4、橡胶护板7、圆弧护板8、横梁10、轴销14 等组成。

图1 碎草机的组成

在碎草机的上部设置有涡轮蜗杆减速器11，碎草机与挖掘机工作臂的联接通过涡轮蜗杆减速器11和两根轴销14 来完成，横梁10 和圆弧护板8 连接两侧座2，橡胶护板7 通过两角钢9 安装在圆弧护板8 下方，两角钢同时也加强了圆弧护板8 的刚度，保障了碎草机的整体刚度。

3.2 碎草机与挖掘机的联接

整个碎草机安装在挖掘机工作臂的小臂前端，把挖掘斗替换为碎草机，增加配套两个液压马达及其控制阀和附属的液压元件，直接利用挖掘机原有液压系统的功能拓展阀(或称备用阀)即可满足碎草机的动力需要，完成除草功能。

具体机械联接是依靠涡轮蜗杆减速器11 把碎草机与挖掘机联接起来。如图1 所示：

(1)减速器与挖掘机的联接。装在碎草机的顶部的涡轮蜗杆减速器11，其外壳固定联接有联接法兰13，在该法兰上垂直焊接有联接侧板，在联接侧板上设有销孔A 和腰型槽B，通过两销轴14 分别把销孔A 和腰型槽B 与掘机小臂前端原来接挖掘斗的两销孔铰接起来。

(2)减速器与碎草机的联接。涡轮蜗杆减速器11的输出法兰(图中未显示)与横梁10 固定联接，机架液压马达12 驱动涡杆和涡轮，并通过输出法兰把动力传到横梁10，实现整个碎草机的旋转。

3.3 刀具总成的结构组成

如图2 所示，刀具总成主要由旋转辊1、U 型支架5、直型刀片4 和弯型刀片3 构成。在旋转辊1 上按螺旋布置形式固定有一系列U 型支架5；每个U型刀架5 中均安装一把直型刀片4 和两把弯型刀片3，直型刀片固定焊接在旋转辊上，又称为定刀；弯型刀片3 是铰接的，可自由甩动，又称为动刀；由于刀具总成在工作中是高速旋转的，因此，安装时必须要做动平衡。刀片销轴2 将直型刀片4、弯型刀片3 与U 型刀架5 串接在一起；刀具液压马达1 通过键联接直接驱动刀具总成。

图2 刀具总成结构

3.4 碎草机的工作原理

碎草机的主要动作有整机摆动、 整机旋转和刀具总成旋转。

(1)碎草机的整机摆动。碎草机直接装在挖掘机的小臂上，调整挖掘机工作臂的姿态，可以实现碎草机整机摆动以调整整体姿态。

(2)碎草机的整机旋转。如图1 所示，机架液压马达12 驱动蜗杆和蜗轮，并通过蜗杆和蜗轮减速器的输出法兰把动力传到横梁10，实现整个碎草机的旋转，也就实现了刀具总成的大面积碎草及快速碎草的功能。蜗轮蜗杆机构具有自锁功能，在避免碎草机反转的同时，借助特大减速比增大了碎草机的扭矩，使碎草功能更为可靠。

(3)刀具总成旋转。如图3 所示，挖掘机驾驶员在驾驶位操作挖掘机将碎草机移至需要除草的位置，再利用挖掘机的液压动力将动力传至刀具液压马达，液压马达通过键传动直接驱动旋转辊及刀具总成旋转，旋转辊上的每一把刀片随之一起快速旋转并将草切碎，进行完成碎草作业。

图3 挖掘机改碎草机

除草过程中，为了防止切碎的草料到处飞溅并且顺利排料，保护驾驶员，圆弧钢板护板、橡胶护板起到保护作用。

4 特点及应用前景

大部分挖掘机自带有液压控制系统并在功能拓展阀出预留了油路和接头，在改造过程中就省去了控制部分的设计与加工，直接把挖掘机的挖斗卸掉装上碎草机，接上控制油管即可，相比而言改造的成本比购买专门的碎草机要低，对原来的挖掘功能影响不大，可以随时更换属具，使挖掘机变为碎草机、抓木机、钻机等，所以在实际工程中，应用广泛，需求量很大。

与现有的碎草机相比，本碎草机为挖掘机属具之一，配套挖掘机使用，安装在挖掘机前端，用于园林及农业除草作业。结合了传统碎草机的功能并没有改变原有挖掘机的功能，使现有设备——挖掘机的功能及应用场合得到拓展，在满足除草功能的前提下，碎草机还可以用于铡切谷草、稻草、野生草、麦秸、玉米秸各种草料，用于喂牛、马、羊、猪等牲畜饲草与沤肥，秸杆还田等用途。具有噪音小，使用寿命长等特点。后续可以将结构优化，进一步提高工作效能。

5 结束语

虽然，现在市场上也有各种碎草机械，由于结构复杂、庞大，价格较贵，仅适用于牧场或专业的企业。对于一般的农牧民或家庭来说，平整草地、 铲除杂草、 收割牧草的工作量也不是很大，所以很多农牧民、小型企业不愿意在这方面投资。本碎草机结构简单，便于维护，价格便宜，结构紧凑、噪音低、效率高，且工作可靠，一定会受到市场的欢迎。