课外作业：我爱发明——自走式树木形状修剪机详解.doc

自走式树木形状修剪机 发明人：孙红志 引言: 绿篱在我国拥有悠久的历史，现代园林中绿篱的应用更是随处可见，主要集中在道路的中间和边界上。日常看到的绿篱大多整齐有序，生长茂盛，这都归功于园林部门对绿篱的修剪和维护，定期修剪不但可以营造整齐的树形，而且可以让绿篱生长得更科学，更繁茂。日常园林工人用剪刀修剪绿篱，要冒着酷暑，更需要弯腰，探着胳膊，容易劳累，而且绿篱在城市中应用量大，生长速度快，工作量大，周而复始，工作强度大。为了提高修剪效率，减轻园林工人的工作强度，发明自走式树木形状修剪机。修剪机主要由叉车、刀具、喂料器、柴油机、电机和仿形系统组成，刀具作往复运动进行剪切，同时可以调节刀具的角度，进行树形的修剪，成为修剪绿篱的得力助手。 1. 整体机构与工作原理 孙红志发明的自走式树木修剪机主要由叉车、刀具、喂料器、柴油机、电机和仿形系统组成。如图1所示。自走式树木修剪机的剪刀有动刀和定刀组成，由刀具电机提供动力，动刀在偏心轮的带动下，做往复运动，进行剪切。修剪机以3000千克叉车做载体，通过叉车的前叉固定修剪机整体结构，可将机器整体抬升来躲避障碍物，同时保证了一定的稳定性。主体大梁和刀架都由电机控制旋转。三把刀是由液压缸控制，可组成各种形态来修剪面包型、几何形和大平面绿篱。修剪机的修剪质量，精细化程度略逊于人工但工作效率可与12名人工持平。 1-柴油发电机 2-叉车升降架 3-叉车 4-侧边修剪刀 5-刀具电机 6-主修剪刀 7-侧边修剪刀 8-主体大梁 9-刀架电机 10-液压油缸 11-喂料器 图1 自走式树木修剪机结构 2．关键部件的设计 2.1 修剪刀和喂料器 2.1.1修剪刀 修剪刀主要由定到、动刀和电机组成，如图2所示。修剪机的剪刀，由刀具电机提供动力，动刀在偏心轮的带动下，做往复运动，其运动规律如图3所示。动刀和定刀有相对的平移运动，如理发剪刀进行剪切。应用推子原理，工作时，通过偏心轮带动一排齿的转动，推子向前推动，在刀齿对应时绿篱伸进刀齿之间；上层刀头左右振动，与下层刀头将绿篱剪断。 图2 图3 2.1.2 喂料器 为了防止枝条倒下剪不断，提高抗倒伏能力，需要应用到喂料器，如图4，原理跟推头理发一样，需要用梳子配合理发，而修剪绿篱就用拢子的配合，把剪刀和喂料器做成一个复合装置，把倒伏的绿篱竖起来后送进刀齿间，进行修剪。 图4 2.2 仿形机构 仿形机构主要由液压油缸、刀架电机和主体大梁组成。修剪机修剪普通面包型绿篱时侧边修剪刀和主修剪刀成直角，可同时修剪上顶面和侧面。修剪其他几何性绿篱时，如圆锥性树冠，可通过调节液压油缸来控制两把侧修剪刀和主修剪刀的空间位置，使剪刀的刀刃形状与要绿篱形状一致，然后利用刀架电机带动刀架转动，使修剪刀把树冠修剪出符合要求的回转体形状。当加工大平面绿篱时，左右侧修剪刀通过液压杆调节，与主修剪刀成一条水平线，便可修剪更大的平面。 2.3柴油发电机 整体修剪机的所有电机由位于修剪刀另外一边的柴油发电机提供电源。柴油发动机还有配重的作用，保持整台机器的平衡性和稳定性。 3. 性能试验 通过比赛的方式，在道路旁的绿篱上修剪机和12名修剪工同时修剪相同的距离100米的绿篱。比赛结果是修剪机稍微比人工队快，但人工的修剪质量比修剪机好，同时修剪机遇到障碍物是速度有明显下降。试验总结：修剪机的修剪质量，精细化程度略逊与人工，但工作效率可与12名人工持平。 4. 改进过程 4.1 第一代自走式树木形状修剪机 第一代修剪机主要包括剪子、修剪臂和承载叉车底部分，剪子进行修剪部分，修剪臂前端是剪刀的动力部分，刀架部分可绕中轴横向360度旋转，下面的油缸可控制剪刀竖平面90度转动，载重部分是一台1.5吨的叉车，修剪臂搭载在叉车的前杠上，修剪臂的主体大梁可绕上轴旋转，主体大梁可以伸缩。第一代机的模型如图5. 图5 第一代修剪机修剪绿篱的效果非常明显，但是相对于人工修剪在美观以及其他方面有一定的不足之处，主要表现在：每次调整修剪剪子的高度都要爬上一定的车顶调整，而马路上的绿篱之间高度不一定一致，而且绿篱之间可能会有一些比较高的树木相隔，这就不得不停车进行高度的调整，费时费力；修剪机在修剪绿篱的过程，不能完全把所有需要剪去的枝条剪去，尤其是越到后面这种现象就越明显，主要是因为枝条具有一定的倒伏性，枝条越软倒伏性越强。 4.2 第二代自走式树木形状修剪机 针对第一代修剪机表现出来的各种缺点进行改善，完善至第二代修剪机。相对于第一代修剪机，第二代修剪机在剪子的前面增加了一个叫“喂料器”的装置，它可以把倒伏的枝条扶起来，送入切割区，剪子再把这部分枝条剪断（如图6）。 此外，还加上一个电滑环，可以使剪子在修剪的过程绕修剪臂旋转，这样可以确保能够对绿篱平面全方位进行修