一款行道树修枝车的设计研究

朱阳 付伟龙 毛靖德

关键词：行道树修枝车折叠臂架夹抱修剪机构

1前言

城市园林绿化是城市建设事业的重要组成部分.也是现代化城市的重要标志.在城市建设中的重要性日益显著，实现城市园林生态化已成为城市园林发展的必然趋势。道路及城市绿化面积不断增加，使得绿植的养护也越来越成为新建、成熟城市绿化工作的重点。

目前.对城市园林、市政行道树、景观苗木造型、修剪等作业主要依靠人工和使用各种油锯和高枝锯。其普遍的作业方式为：由一台高空作业车将人和修剪工具送往高处.接近需要修剪的树枝。

修剪工具主要有油锯、高枝锯等.它们都是由小型汽油机作为动力，转速高、锯径大、修剪效率高。但此类产品目前主要依赖进口，如斯蒂尔、小松等，维修保养价格较高。且该类机器重量约为5～10kg，作业时操作者一直处于持重状态，该类设备不仅震动大，噪音也大，环卫工人劳动强度非常大。修剪下来的树枝一般是自由落下，存在安全隐患。树木修剪后，人工要进行大枝干的剪短操作，使用载货车运输修剪的树枝.运输效率低。

目前，国内并没有专门针对中大规模市政道路树木、园林等自动化树木修剪，树枝粉碎等园林废弃物利用的专用设备和车辆。经过进一步研究，本文提出一种可用于高处树枝修剪、整形、粉碎、运输为一体的专用汽车设计方案。

2车辆工作原理介绍

本方案的主要目的是针对目前市政、园林高大树木修剪、整形等作业，提供一种集树木修剪、整形、树枝粉碎、运输的安全的一体化解决方案。拟以二类底盘为载具和动力源，设置加装夹抱修剪机构后的折臂吊作为高处树枝的修剪工具。设置木材粉碎机对修剪下的树枝进行粉碎减小体积.设置自卸厢体进行木材碎片收运。

为实现上述目的，采用的技术方案为：整车主要由底盘车、副车架、液压臂架机构、夹抱修剪机构、树枝粉碎机构、收集厢体、控制操纵机构七部分组成。底盘车通过发动机PTO和变速箱PTO为液压举升、修剪、厢体举升提供动力，动力传递由液压系统完成;副车架为其他上装工作部件提供承载平台;液压臂架机构随树枝的高度、位置调整相应的高度和角度。以实现不同位置形状的树枝均可接近修剪;夹抱修剪机构是该车的主要功能模块，可以对树枝实施夹抱防止掉落，液压剪进行切断;树枝粉碎机构直接集成成熟液压木材粉碎机，通过高速旋转的刀盘，将切断的树木枝叶粉碎成一定直径的碎片。通过排料口将树木碎片喷入收集厢体。作业完成后可将碎木片运往园林垃圾消纳场或制肥发展园林循环经济。车辆总体结构如图1所示。

行道树修剪可以按以下方式实现：在使用时可根据实际情况选择液压手柄操纵和无线遥控操纵两种方式，底盘在静止的状态下，打开液压臂架机构的支腿;通过操纵机构控制液压臂架的角度和高度，接近要修剪的树枝后，控制夹抱修剪机构将目标夹紧、切断，切断后的树枝根据情况可由夹抱机构送到地面、自由落下，由夹抱机构辅助或人工将树枝送入粉碎机构的入口，粉碎的树枝碎片射入收集厢内，完成了一次修剪和粉碎的过程。树枝修剪作业时，其最高作业位置的树枝修剪状态如图2所示.带树枝收回状态如图3所示。车辆转场时，液压臂架收回，并由臂架摆动缸调整臂架到合适位置，确保不与驾驶室及厢体干涉。转场状态臂架姿态如图4所示。

3车辆主要结构设计

3.1夹抱修剪机构

夹抱修剪机构是该车的主要工作部件。其通过连杆机构和液压油缸固定于液压臂架机构的最后一节伸缩臂的端部。夹抱修剪机构三维图如图5所示，夹抱修剪机构原理如图6所示。

夹抱修剪机构主要由抱爪、抱爪开合油缸、切割刀片、刀片开合油缸、机架、连杆销、马达、连接销等部件构成。修剪树枝时夹抱修剪机构在液压臂架带动下.接近需要修剪的树枝，通过摆动缸带动修剪头旋转，调整姿态;当树枝位于抱爪中时，操纵抱爪开合油缸，抱紧树枝;树枝被抱紧后，刀片开合油缸带动切割刀片切断树枝，完成修剪动作。

3.2液压臂架

液压臂架是该车的主要运动部件部件。液压臂架通过骑马螺栓与底盘车架连接，安装于底盘驾驶室之后，收集厢体之前，带动夹抱修剪机构，实现夹抱修剪机构的空间运动，液压臂架三维图如图7所示，液压臂架原理图如图8所示。

液压臂架主要由：支腿油缸、安装横梁、摆动缸、主臂、主臂折叠缸、折叠臂、一伸臂、二伸臂等部件构成。树枝修剪时，待车辆停稳后，打开支腿（图8序1）支撑稳定臂架结构后，根据需要操纵主臂、折叠臂、伸缩臂机构，使夹抱修剪机构接近需要修剪的树枝。树枝修剪完毕后根据情况，由液压臂架带动夹抱修剪机构将切断的树枝送至地面或送入粉碎机构（需人工协助）。

3.3木材粉碎机

木材粉碎机主要由进料口、粉碎机构、排料口、动力仓等部件构成。木材粉碎机下部通过螺栓固定在副车架上。其结构如图9所示。进料口设有安全垂帘及防护罩.防止木材碎片伤人;粉碎机构为高速旋转刀盘，当树枝进入粉碎机构后会被旋转刀盘迅速粉碎;在惯性作用下碎片从排料口甩出.通过弹性排料管（用于连接木材粉碎机和厢体的可伸缩软管）进入厢体内部。木材粉碎机的动力及控制机构集中布置在动力仓中。

3.4收集厢体

收集厢体主要由后门、铰接销、厢体、举升油缸座、粉碎机罩盖、厢体进料口等部件构成。收集厢体下部通过铰接销固定在副车架上，其结构如图10所示。厢体举升时绕铰接销旋转;厢体后门在举升卸料时自动开启;举升油缸座通过销轴连接举升油缸，举升油缸另一端与副车架相连，为厢体举升提供动力;粉碎机罩盖为粉碎机提供防护，同时防止木材碎屑抛洒;厢体进料口通过弹性排料管连接粉碎机排料口，收集木材碎屑。

3.5液压及电控系统

液压臂架系统中的支腿油缸、折叠油缸、伸缩油缸均设置有双向液压锁，整个臂架展开平稳，也可防止上升下降过程中突然泄压而导致的不安全事故。夹抱修剪机构中抱爪开合油缸和刀片开合油缸需由顺序阀（或行程开关）进行顺序控制，确保抱爪抱紧树枝后，方可进行修剪作业。防止树枝掉落地面造成二次污染或人员伤害。液压臂架、厢体、木材粉碎机等部件需设置相应传感器确保在厢体落下、液压臂架收回和木材粉碎机停机后.车辆方可启动，防止造成设备损坏或人员伤害。所有液压阀均为电磁换向阀.所有控制按钮都集成在一个液压手柄上（如图11所示）.方便驾驶员操作。

4主要技术特点和参数

整车的主要技术特点表现在：a.本产品集多功能为一体，填补了该类设备的空白，根据检索，目前国外也没有此种设备，全部操作只需一人即可完成，节省了人力成本;b.本产品可取代目前的常用的高空作業车+手持工具或拖挂式粉碎机，机动灵活，作业准备时间短，作业现场干净，基本无需再打扫，全部操作高效便捷;c.本产品的液压臂架机构完全伸出作业时可在360°范围内旋转伸缩，夹抱修剪机构也可在另一空间内360°旋转，保证了修剪刀头在空间内多自由度移动，满足树木高枝修剪和造型任务，且控制高效，保证了人员和设备的安全。该车主要技术参数见表1。

5结语

行道树修枝车整车主要由底盘车、副车架、液压臂架机构、夹抱修剪机构、树枝粉碎机构、收集厢体、控制操纵机构等部件构成。行道树修枝车利用汽车底盘取力器为动力源，以液压传动为基础，以夹抱修剪机构和液压臂架系统作为树枝修剪功能的执行机构。与此同时，该车配有木材粉碎机和收集厢体，可对树枝粉碎后收集，提高厢体的空间利用率，避免了树枝对环境的二次污染。