绿动力绿篱机设计与应用

程清伟，彭恩华，方紫琪，温展飞，张明容，梁远艺

（华南理工大学广州学院，广东 广州510800）

绿动力绿篱机设计与应用

程清伟，彭恩华，方紫琪，温展飞，张明容，梁远艺

（华南理工大学广州学院，广东 广州510800）

基于传统绿篱修剪的技术，绿动力绿篱机是一款新增传送带收集输送技术、旋转刀具粉碎技术、斜坡排放口技术和电控控制技术等四大核心技术组成的一种集修剪、收集、粉碎和排放为一体的多功能绿篱修剪装置。本装置采用了电机作为驱动，修剪结构采用可移动更换刀具的方式来实现修剪的多样化，打碎装置则由传送带将修剪后残枝传送合适位置并粉碎，后排入土壤中。本装置不仅有无线控制模块，还设计了手推机构，实现了无人上机操作和人工手动修剪的功能，解决了传统修剪机的缺陷并更加智能化。同时本装置十分安全且减少了污染，能达到绿色安全、节能环保的目的。

绿篱机；设计；传送；节能

在城市绿化带的修剪作业中，剪修装置各种各样。与的国内相比，国外修剪装置自动化程度高和功能齐全，设备售价较贵、维护成本高[1]。以上种种因素，限制了国内绿化带设备的创新与发展。目前，主要还是以传统的依靠人工手持工具或者使用背负式与手推式的剪草设备进行绿化修剪作业。

现有的新产品多是用现成的汽车底盘系统作为动力源和支撑机构，可大幅度提高劳动生产率，减少人工成本以及提高修剪作业的质量和减少人工修剪带来的人身安全问题。然而这种产品也存在着较多的缺点，体积结构大且有污染，往往会导致高速公路拥堵，在很大程度上提高了高速公路发生交通事故的可能性；还有城市道路绿化带修剪后通常需要二次作业清理，劳动强度大，成本也高[8]。

为此，针对国内城市绿化带设备普遍的缺点，分析综合国内外修剪设备的技术特点，我们设想并设计了一款微型的可以集清理及有效收集的多功能绿篱机。本装置采用了电机驱动、可移动更换刀具的修剪结构，将剪后的残枝通过传送带传送至打碎装置进行粉碎再导向土壤中。再结合手推机构、无线控制模块，可实现人工修剪和无人上机操作作业等功能。

1 绿动力绿篱机的设计思路

基于传统绿篱修剪的技术，本设计是一款新增传送带收集输送技术、旋转刀具粉碎技术、斜坡排放口技术和电控控制技术等四大核心技术组成的一种集修剪、收集、粉碎和排放为一体的多功能绿篱修剪装置。装置通过顶部和顶部刀具同时修剪，大大提高了修剪效率。并且将修剪的枝叶收集打碎通过排放口输送到枝叶的根部充当肥料，解决了需要二次处理问题的同时还有效的利用了资源，实现变废为宝。

绿动力绿篱机的整体结构主要由两个部分组成，一个是电控系统，一个是机械结构如图1所示。

（1）电控系统由stm32单片机、摄像头、液晶显示屏和wifi模块等组成；

（2）机械结构由刀具、传送带、粉碎装置和排放口等组成。

图1 绿动力绿篱机构造简图

2 绿动力绿篱机的工作原理

（1）工作前准备，绿动力绿篱机根据绿化带的形状大小，调节车身高度和侧面刀具的宽度，在电控板上打开电源开关，调整传送带速度；

（2）工作时，切割刀具将剪后的残枝利用惯性作用掉落在传送带上，传送带将残枝传送至打碎装置中进行粉碎，最后通过排放装置导向土壤中，小车能够在单片机控制的作用下自动沿着路基进行工作，无需人为操作；

（3）工作停止，通过摄像头观测路况确认工作进度。再结合手推机构，可实现人工修剪功能。

3 爬坡传送装置和粉碎及排放机构

（1）爬坡传送装置主要由PVC传送带（附加档板），滚筒、链条，电机等组成。工作时，剪后的残枝由于惯性掉落在履带上，电机通过驱动动力滚筒从而带动PVC带传动，将残枝传送到粉碎装置中；上坡传送带添加了挡板，增强了传送带工作时的稳定性，确保残枝顺利传送到粉碎机构中。实现了边剪边收集的目的，提高了工作效率。如图2为爬坡传送装置整体图。

图2 爬坡传送装置整体结构

（2）在设计中，解决的关键问题有2个。第一，剪切完的碎叶需要二次清理。此处巧妙地运用传送带为输送载体，将传送带导入粉碎装置中；第二，传送带在斜坡处会凸起从而导致不能为所有滚筒接触，减小传送带的输送动力。此处巧妙地增添两个导轮以此压紧传送带，如图3所示。

图3 传送装置实物

（3）粉碎机构主要由旋转的刀片和电机组成，而排放机构设计成一个斜槽。工作时，它能将传送带运输的残枝绿叶粉碎，碎叶残枝则通过斜槽口，利用自身重力作用排放到土壤中。在设计中，巧妙地解决了修剪的残枝绿叶因体积过大问题而不能顺利导入土壤中的问题，同时解决了绿化带二次处理的问题，如图4所示。

图4 粉碎及排放机构

4 绿动力绿篱机推广前景

据资料显示，传统人工修剪6亩绿篱需要6人修剪24 h，即修剪1亩绿篱需要1人修剪4h。以1人修剪4 h绿篱为例，结合以上数据得图5.

图5 绿动力绿篱机效益比较

根据图5数据可知：以1人修剪4小时为例，二冲程汽油式绿篱修剪机修剪约667m2的绿篱，耗油量0.80L，约花费20元；四冲程背负式绿篱修剪机修剪约667 m2的绿篱，耗油量2 L，约花费10.65元；而小型高效绿化带修剪装置可无人作业修剪约4 320 m2的绿篱，约花费2.40元。

据调查，人工平均每小时修剪绿篱约为167m2，且人工修剪成本约为100元/天，即每小时约为12.50元；而小型高效绿化带修剪装置平均每小时可无人作业修剪绿篱1 080 m2.相比较可知，本装置每小时修剪效率约为人工的6.5倍。

综上所述，在相同时间内，小型高效绿化带修剪装置工作效率最大，且花费金额少，在达到高效率的同时，又达到高效益的目的。

相比传统的车载式修剪机体积庞大、结构复杂，成本很高（据调查，现有的价格至少在6万以上），本装置虽然结构简单，但制造成本低，工作效率高。在设计上，结构紧凑，体积较小，不占用车道，并且能实现远程操作作业，减小劳动强度，从而降低人工成本。

如今城市道路的绿篱修剪流程一般为：先是人工修剪或者车载式修剪机修剪，再工人进行处理残枝。其中存在着较高的人工成本、工作效率低、污染大等缺点。相比，本装置集修剪、收集、粉碎和排放模块为一体，不仅可一次性完成作业，还能将残枝变废为宝，从而达到环境和经济效应双赢的效果。

[1]向北平，杨乾华道路绿化带液压剪枝车的研究与设计.液压与气动，2008：9.

[2]陈 凡，李伟业，张晓凡，等.新型绿化带修剪机动力及底盘系统设计.园林园艺 201508：32-8.

[3]孙 恒，陈作模，葛文杰《机械原理》第八版 北京 高等教育出版社2013.5.

[4]陆 玉.《机械设计课程设计》第四版 北京 机械工业出版社2006.12.

[5]濮良贵，陈国定，吴立言.《机械设计》第九版.北京高等教育出版社2013.5.

[6]顾正平.《园林绿化机械与设备》.机械工业出版社2002.5.1.

[7]黄立献.《如何对园林绿化树木进行修剪养护》绿化建设2015：5.

[8]蒋连琼，王小纯，唐秋艳，等.《常见绿篱修剪设备研究》学术 2013（3）：52-53.

The Design and Application of Dynamic Green Hedge Machine

CHENG Qing-wei，PENG En-hua，FANG Zi-qi，WEN Zhan-fei，ZHANG Ming-rong，LIANG Yuan-yi
（South China University of Technonlogy of Guangzhou，GuangZhou Guangdong 510800，China）

The traditional hedge pruning techniques based on green hedge machine is a new power transmission belt collecting and conveying technology，rotary cutter grinding technology，slope discharge technology and electronic control technology for the control of the four core technology consists of a set of pruning，collecting，crushing and discharging is a multifunctional device for hedge pruning.The device adopts a motor as a driver，using a variety of movable structure pruning tool change the way to achieve a trim，breaking device is composed of a conveyor belt will deliver the appropriate position after pruning branches and crushed and discharged into the soil.The utility model not only has a wireless control module，but also a hand pushing mechanism，which realizes the functions of unmanned operation and manual pruning.Meanwhile，the utility model has the advantages of safety，pollution reduction，green safety，energy saving and environmental protection.

hedge trimmer；design；delivery；energy conservation

TH693

A

1672-545X（2017）08-0243-02