朱阳 陈文斐 郭佳鹏
ZHUYangetal
陕西汽车集团有限责任公司陕西西安710200
摘要：介绍了一款绿植修剪车的设计实例，提出以扫路车为载体、采用液压传动，可连续修剪绿化带，并可收集枝叶的专用作业车方案。实现修剪机构的展开、收回状态，高度、宽度方向的修剪调节，并完成了关键零部件的设计。该方案特别适合于高速公路中央隔离带的修剪，当不需要修剪作业时可快速拆卸作业装置，作为扫路车使用，提高了使用效率。
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关键词 ：绿植修剪车 液压传动 收集枝叶 修剪
中图分类号：U469.6+91.03 文献标识码：A文章编号：1004-0226(2015)09-0113-04
1前言
随着我国高速公路的迅速发展，中央分隔带及道路两侧的绿篱修剪是公路养护的主要任务之一，它不仅涉及到环境绿化的美观度，还能影响驾驶员视觉，对夜间行车防炫目、吸附车辆排放的废气及烟尘、减轻驾驶员疲劳、保证行车安全等都发挥了重要的作用。根据国家十二五发展规划要求，到2015年，全国公路总里程将达到450万km，其中高速公路将达到10 8万km，二级以上公路总里程达到65万km，农村公路总里程达到390万km。大量的新建道路带来了巨大的道路绿化需求。随着高速公路及全国公路网的建成，通车里程的增加，高速绿篱及道路人行道景观树的修剪任务越来越繁重。
目前，对道路两侧树篱修剪主要使用各种人工操作的绿篱机，该类机器整备质量约为5～10 kg，作业时操作者一直处于持重状态，且设备不仅震动大，噪音也大，造成环卫工人劳动强度非常大：特别是对高速公路中央隔离带的修剪，工作场地危险性很大，因此迫切需要研制一种移动式自动绿篱作业机械来提高林业机械的自动化装备水平，以解决上述问题。
近几年，国内已有少量的高校和养护处研究小型车载树篱修剪机。如某公司生产了一种树木自动修剪机，其总体结构如图1所示。当伸缩臂和剪刀到达预定修剪位置时，汽车前行使可自动对绿化隔离带进行平面或立面修剪。该机节省了人力，在车辆穿行的公路上作业也很安全。但这种修剪机由自带发电机驱动，修剪部分为旋片式，臂架的伸缩由丝杠驱动，丝杠速度慢且承重能力差，不能灵活的多自由度修剪，而且旋片式修剪机抛洒到地面的枝叶比较严重。
经过进一步研究，提出一种操作简便且能对绿篱树木、景观苗木进行修剪造型，且对于修剪后的枝叶进行回收、运输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高速、市政、园林绿篱修剪、整形等机械化作业，而提供的一种集树木修剪、整形、枝叶回收、运输安全的一体化解决方案。拟在国内已有设备的基础上对传动，刀架、伸缩臂加以优化并增加枝叶回收装置：当修剪作业闲置时，还可当作扫路车使用，提高其利用率。
为实现上述目的，采用的技术方案为：整车可分为四个模块，即底盘模块、前部旋转刀架模块、绿篱修剪模块、清扫回收模块。底盘模块提供整车的移动及前部旋转刀架模块和绿篱修剪模块的动力，这两部分动力来源于底盘的取力器，动力传递由液压系统完成；整车前部可以加装能在车前旋转1800的旋转刀架模块，该臂架可以随绿篱的高度调整其相应的高度和角度，以实现绿篱修剪的多样性；绿篱修剪模块主要功能是对高速公路中分带和道边绿篱及草丛进行修剪。绿篱修剪模块采用往复式双刃剪，采用液压马达驱动，原理类似手持式绿篱机，通过偏心轮带动偏心连杆，偏心连杆带动切割器动刃往复运动，实现绿植枝叶的切割。清扫回收模块拟直接采用成熟的扫路车上装设计。用于清扫回收修剪洒落在路面的树枝叶，以保持高速路面清洁。其总体结构如图2所示。
绿植修剪作业按以下方式实现：当汽车行驶到距离绿篱合适的位置，由旋转油缸（或旋转支承）推动臂架系统从汽车的右边（汽车前进方向）旋转到汽车的左边，通过一系列油缸的操作，调整好修剪机构的姿态和高度，打开警示灯，驾驶汽车向前行驶，修剪机构自动运行，即可对绿植进行修剪；修剪下的树枝枝叶自由下落，掉落在马路上的部分，可通过收拢扫刷收集，由吸嘴吸入收集厢体中。待修剪工作完成，由旋转油缸（或旋转支承）推动臂架系统从汽车的右边旋转到汽车的左边，臂架系统油缸收缩，臂架折叠横置在驾驶室前部回归原始状态，即可完成清运工作。修剪机构上部设计有罩盖，其作用之一是收拢因高速切割引起的树枝叶飞溅，使其尽量自由下落：另外还调节进刀口枝叶高度，使其不产生较大树枝而导致吸嘴无法吸入。其工作状态如图3所示，3D装配图收回状态如图4所示。
本车四大模块中，底盘采用成熟的二类底盘（带变速器取力），清扫回收模块采用现有扫路车上装。因为扫路车上装含有副发动机，无需底盘取力。因此，本方案只需要设计前部旋转刀架模块、绿篱修剪模块、液压站和电气控制模块。需要说明的是，通过改变旋转马达所连接的专用工作装置，如加装清洗装置便可利用扫路车清水箱的水，便可对高处广告牌、护栏、高速隧道等进行清洗；加装灌割机便可对道路两侧的杂草进行清理；本实例只是其中一种应用举例而已。
3车辆主要结构设计
3.1前部旋转刀架模块
前部旋转刀架模块是绿篱修剪模块的支撑、姿态调整机构。由螺栓固定在底盘汽车的前部，是由车架连接结构、连接基座、旋转油缸（回转支承）、臂架系统和旋转马达构成。整体由液压驱动，其动力来自于安装在底盘汽车取力口的液压泵。车架连接结构通过螺栓安装在汽车底盘车架前部，专用工作装置可以根据前挂板提供的挂接方式方便地固定在前挂板上，这样设计专用工作装置时可自由地设计其产品，不需要考虑连接不同底盘的方式和对底盘前保险杠的改制。该部分液压油路通过安装在底盘前保险杠下部的快插接头与控制阀连接。前挂板连接结构如图5所示。
连接基座是臂架系统的支撑座，实现与车架连接结构快速拆卸。回转支承通过螺栓固定在连接基座上部，其作用是推动臂架系统做旋转运动，由限位传感器限定其旋转范围在汽车前部的1800范围内。臂架系统通过三组变幅油缸，实现臂架的升降、折叠，以及旋转马达角度的调整。旋转马达可以调整工作装置（绿篱修剪模块）在其端面作2700平行旋转。回转支承、臂架系统和旋转马达的组合动作，以实现工作装置在空间上多个自由度的运动，从而适应绿篱、绿植的多种形状及高度的修剪作业。臂架姿态示意如图6所示。
3.2绿篱修剪模块设计
常见的修剪切割机构有三种方式，即往复式、圆盘式、甩刀式。往复式切割机构结构简单、适应性广、应用广泛；圆盘式切割机构传动装置相对复杂、功率消耗大；甩刀式切割机构切割能力强、适宜高速作业，一般用于切碎，可以碎渣抛向作业后方。本设计用于修剪绿篱，选择往复式切割机构。目前市面上的绿篱机往复式切割器有两种，一种是双动刀片，另一种是单动刀片。前者成本较高，传动机构复杂，一般进口绿篱机应用。本设计采用单动刀片加定刀片结构，采用曲柄连杆机构将液压马达的旋转运动转换为动刀片的往复运动。原理如图7所示。
液压马达通过弹性联轴器带动偏摆轮转动，偏摆轮、摆环和平连杆将旋转运动转化为往复运动，铆接在动刀杆上的平连杆带动动刀杆往复运动，动刀杆与定刃完成切割动作。传动结构3D装配图如图8所示。最终绿篱修剪模块3D装配图如图9所示。
3.3液压系统设计
前部旋转刀架模块、绿篱修剪模块液压原理图，如图10所示。伸缩、变幅油缸上均设置有双向液压锁，整个臂架展开平稳，也可防止上升或下降过程中突然泄压而导致的不安全事故。两伸缩油缸之间设置有顺序阀，配合电控系统对臂架姿态展开控制。所有液压阀均为电磁换向阀，所有控制按钮均集成在一个液压手柄上，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全自动修剪代替人工修剪，提高养护人员人身安全，作业现场干净，基本上无需再次打扫，全部操作高效便捷；b．集修剪、收集、运送于一身，缩短了作业时间和费用；c采用折叠臂架多自由度旋转结构，满足修剪绿化带不同宽度、高度的要求，可对绿化带做多种形状修剪：d一车多用，在不用修剪机构时，本车还可以作为扫路车使用。
5结语
针对目前国内现有绿植修剪设备、修剪模式的缺陷，确定了以扫路车为基础，利用汽车底盘取力器为动力源，通过液压传动，驱动旋转臂架系统、往复式刀具的技术方案。达到对绿篱进行多自由度修剪的目的，并集枝叶回收、运输为一体，可以较高的提升绿植修剪、整形作业效率。