CN101401538B - 高大园林树木修剪机 - Google Patents

Abstract

本发明为高大园林树木修剪机，主要包括基础升降平台，防侧倒抱树机构、工作平台旋转机构、机械臂起升机构、机械臂伸缩机构、揽枝修剪机构和电机控制七部分。基础升降平台是剪叉式升降台；防侧倒抱树机构由曲柄滑块机构和四连杆机构构成；工作平台旋转机构采用蜗轮蜗杆减速器带动四个脚轮在工作台滚动摩擦实现平台旋转；机械臂起升机构采用曲柄摇杆机构；机械臂伸缩机构采用丝杠螺母和摩擦轮传动；揽枝修剪机构通过电锯的直线运动与机械手联动。使用本发明将使园林工作者的工作条件得以改善，降低劳动强度，消除由于人工爬树修剪造成的安全隐患，本发明体积小巧，使用方便，成本低廉，容易推广。

Description

高大园林树木修剪机

技术领域

本发明主要应用于城市绿化业的高大园林树木修剪领域。

背景技术

随着城市建设步伐的加快，城市高大树木的机械化修剪成为摆在园林工作者面前的一个亟待解决的问题。修剪树木是养护园林管理中的一个重要环节，对树木修剪有以下几种作用：提高园林树木成活率；调整树势，控制生长，去劣存优；改善透光条件，增强光合作用，减少病虫害；实现对古树名贵树的美化整形，使树木在自然美的基础上，创造出人工与自然相结合的美；同时能够调解树木与社会和居民的矛盾，如剪去阻碍交通信号及来往车辆的枝条，改善居民的通风透光条件等。

国外对树木整枝修剪机械的研究起步较早，机型也比较齐全。国内对修剪机械的研制起步较晚，且产量低，品种少，都是以生产手动式高枝修剪机为主。美国和瑞典等国家生产的手动无动力整枝机基本上是在对常用鱼头锯进行改进的基础上，增加一些简单辅助构件和安装有伸缩功能的工作杆等。其优点是简单、实用、造价低，对工人素质要求也较低，这就初步解决了爬树作业的问题，但其存在夹锯、劳动强度大、效率低和容易断锯等缺陷。在机动型高枝修剪机械方面，主要有日本的爱丽斯(ARS)、小松、德国的斯蒂尔和瑞典的胡斯华纳等公司生产的高枝锯，它们都是以汽油机作为液压传动的动力，锯径大，振动小，修剪效率高，但造价较高，维修、保养以及对操作人员的素质要求也都较高。日本SEIREI公司生产的自动立木整枝机，通过遥控器控制其爬上树干进行修剪工作，但此机型具有一定的局限性，对树干通直度有较高的要求。

国内在机动式方面，刘克义等发明的多功能高枝修剪锯是以小型汽油机为动力通过软轴传动带动锯链工作。它结构简单、成本低、功能多、工效较高。但是存在着操作杆较重、国产汽油机消声效果不好、噪声较大等缺点。

发明内容

本装置主要包括基础升降平台，防侧倒抱树机构、工作平台旋转机构、机械臂起升机构、机械臂伸缩机构、揽枝修剪机构和电机控制七部分。

基础升降平台是剪叉式升降台，通过其升降修剪不同高度的树枝；防侧倒抱树机构采用了四连杆机构和曲柄滑块机构，在使用中其牢牢抱住树干，防止升降台在工作过程中的摇晃和侧倒；工作平台旋转机构采用蜗轮蜗杆减速器带动四个脚轮在所述基础升降平台滚动摩擦实现所述工作平台旋转；机械臂起升机构采用曲柄摇杆机构，通过曲柄的运动实现机械臂的俯仰；机械臂伸缩机构采用丝杠螺母和摩擦轮传动，分别实现第二级和第三级机械臂的伸缩；揽枝修剪机构通过电锯的直线运动进行机械联动实现了先揽住树枝再进行修剪的目的。

有益效果

本发明的使用将使园林工作者的工作条件得以改善，降低劳动强度，消除由于人工爬树造成的安全隐患。本发明通过升降台与旋转台的结合，以及机械臂的多自由度运动实现了对高大树木的全方位修剪与整形，达到了高大树木机械化修剪的目的：通过“防侧倒机构”将大树的树干抱住，保证了机器的稳定性；通过揽枝机构的机械抓手实现“先抓稳，再锯断”联动作业，保证了修剪的灵活性，能适应复杂多变的树冠形状。本发明体积小巧，使用方便，成本低廉，容易推广。

附图说明：

图1：升降台；

图2：放侧倒抱树机构；

图3：旋转台和机械臂起升机构；

图4：旋转台和机械臂起升机构俯视图；

图5：揽枝修剪机构；

图6：揽枝修剪机构俯视图；

图7：总装配图；

图8：总装配图俯视图；

图9：总装配图侧视图；

1—扶手，2—平台，3—压盖，4—剪叉，5—液压撑，6—轮子，7—平衡支腿，8—外连杆，9—内连杆，10—曲柄，11—连杆，12—内套杆，13—外套杆，14—V架，15—双铰，16—单铰，17—第一级机械臂，18—丝杠，19—起升机构，20—起升减速，21—旋转电机，22—旋转减速器，23—推力轴，24—旋转轮，25—十字叠板，26—起升电机，27—揽枝机械手，28—滑块，29—弹簧，30—电锯(角磨机)，31—固定块，32—滑杆，33—摩擦轮，34—摩擦轮电机，35—橡胶带。

具体实施方式：

为保证修剪高度，本作品采用升降台方式。利用升降台作为基础工作平台，机械臂在平台上实现多个自由度的灵活运动。升降台采用剪叉式，升降高度比较高。

防侧倒抱树机构方案。为了方便园林工作者，最大程度的简化操作过程， 本作品采用了对称的四连杆机构和曲柄滑块机构(如图2所示)作为防侧倒抱树机构的原理。曲柄滑块机构的曲柄10和四连杆的曲柄共用一个杆，使两个机构有机地结合在一起。并且将滑块加长成为一个外套杆13，在内套杆12上滑动。而外套杆和升降台通过压紧装置3连接在一起。内外套杆通过紧固螺钉进行锁紧。工作时先将升降台朝树干推，内套杆会先顶住树干，继续向前推，外套杆开始在内套杆上滑动，直至抱紧树干，最后人工锁紧螺钉。

工作台旋转方案。让工作台旋转，是为了使工作台在升降台位置固定的情况下进行修剪，并且在较小空间内具有灵活性，增大修剪范围。升降台面采用方形，旋转台为两块长形板叠加成十字架形式25，在减速器22之上加一个支撑板，在支撑板和旋转台之间加上推力轴承23，同时在旋转台下面装四个轮子24，实现辅助支撑的作用。同样通过电机21带动减速器进一步带动旋转台旋转。其优点是加工方便，转动省力，对驱动电机的要求较低。

机械臂伸缩机构方案。本发明采用三节伸缩机构实现机械臂的伸缩。在第二、三节伸缩机构中，第三节机构位于整个机械臂的末端，且电锯要安装在这节机构上，考虑到这节机构不能太大，同时要尽量减小来自电锯工作时的振动，避免振动顺着机械臂传到修枝机整体，于是采用一对橡胶轮33实现二、三节机构的相对移动，利用其滚动摩擦力实现机械臂的伸缩功能。然而伸缩臂的内套是金属方管，用橡胶轮直接与其接触容易出现打滑的情况，于是在内套金属方管上加上橡胶带，即增加了摩擦轮的滚动摩擦力。该套机构用带有蜗轮蜗杆减速器的电机直接驱动摩擦轮，提供动力的同时实现了摩擦轮的自锁。(如图5所示)在第一、二节伸缩机构中，考虑到第二、三级伸缩臂和修剪机构的总重量很大，于是决定用丝杠18螺母这种传动方式来实现第一、二两节伸缩臂之间伸缩。即将螺母装入第二级伸缩臂内并与之固定，再将螺杆与电机连接后，再将 电机固定在第一级伸缩臂17上。

机械臂起升设计方案。使用双轴输出的减速器带动一个曲柄摇杆机构的曲柄3，机械臂相当于摇杆，通过最小压力角设计，将推力减小。同时曲柄摇杆机构的空间构型又能在修剪作业时保证修枝机的关键部分不被落下的树枝砸坏。

揽枝修剪机构设计方案。通过对园林绿化中的树木修剪方法的调查和实验，发现如果既要使树木受到的损伤最小又要保障操作人员的安全，需要保证在对树木的侧枝进行修剪时，将其相对修剪装置和剪口的位置进行固定。为此本作品在电锯的两侧有两只机械小手，在电锯接近树枝的同时能帮助电锯将树枝的位置固定住，进行揽枝修剪。

对机械手的设计方案如下：采用对称的曲柄滑块机构作为机械小手的骨架27。将控制其开合的滑块部分28通过压簧29与电锯30的锯套相连。当电锯向上升并接近树枝时，锯套上的弹簧推动滑块使其闭合，将树枝揽住。此时电锯继续向树枝接近并开动，弹簧被压缩，机械小手夹树枝的力量越来越大，直至树枝被电锯锯断。该设计实现了机械联动，更便于园林工人的操作，也更符合修剪得要求及过程。

本发明采用的剪叉式升降台方式有利于保证修剪高度，并且成本低，工作稳定。总的来说，本作品机构简单，易于加工，关键是克服了一系列难题，并能在电气控制方面实现远程控制，充分考虑了整机的稳定性和操作人员的人身安全并予以体现。

Claims (4)

1.高大园林树木修剪机，主要包括基础升降平台，防侧倒抱树机构、工作平台旋转机构、机械臂起升机构、机械臂伸缩机构、揽枝修剪机构和电机控制七部分，其特征在于：基础升降平台是剪叉式升降台；防侧倒抱树机构由曲柄滑块机构和四连杆机构构成；工作平台旋转机构采用蜗轮蜗杆减速器带动四个脚轮在所述的基础升降平台滚动摩擦实现所述工作平台旋转；机械臂起升机构采用曲柄摇杆机构；机械臂伸缩机构采用丝杠螺母和摩擦轮传动；揽枝修剪机构通过电锯的直线运动与机械手联动。

2.如权利要求1所述的高大园林树木修剪机，其特征在于：曲柄滑块机构的曲柄和四连杆的曲柄共用一个杆，并且将滑块加长成为一个外套杆，在内套杆上滑动，而外套杆和升降台通过压紧装置连接在一起，内外套杆通过紧固螺钉进行锁紧。

3.如权利要求1所述的高大园林树木修剪机，其特征在于：机械臂伸缩机构在二、三节伸缩臂上装有一对橡胶轮，在伸缩臂的内套金属方管上装有橡胶带，该套机构通过带有蜗轮蜗杆减速器的电机直接驱动：第一、二两节伸缩臂之间的伸缩用丝杠螺母传动，即将螺母装入第二级伸缩臂内并与之固定，再将螺杆与电机连接后，再将电机固定在第一级伸缩臂上。

4.如权利要求1所述的高大园林树木修剪机，其特征在于：机械手采用对称的曲柄滑块机构作为其骨架，其上的滑块部分通过压簧与电锯的锯套相连。

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