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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
方位进行修剪。
第二代修剪机的工作效果可以代替10个人的人工效
果，修剪面积大大增大了，但精度方面不如人工的效【我爱发明刨蒜机】
果，而且不能修剪绿篱侧面的枝条。
针对这些方面对第二代修剪机进行改善，在刀架部分
加入了电滑环，刀具和大梁可以同时旋转，增大了切 图6 割面积；修剪机增加了一个副切割器，用于切
割面包型绿篱侧面的枝条，而主切割器是切割
绿篱的顶部平面，在修剪过程中可以同时修剪
顶部和两个次面，这样不仅可以更全面地修剪
绿篱，效果和修剪速度也提高了（如图7）。【我爱发明刨蒜机】
主体大梁的旋转部分加入了机电控制部分，不
再需要人工转动，大大提高了修剪速率。 图
7
第二代自走式树木形状修剪机模型
4.3 第三代自走式树木形状修剪机
第三代修剪机叫自走式树形修剪机，是第二代机的进化，可以用于修剪绿篱造型。第三代机在原有的基础上加入了许多设备，使修剪机更灵活，
可以组合出
我爱发明——神奇的光
本次“我爱发明”活动要求人人参加，并于下周一上交作品。我将会挑选出精美的作品，用于下一阶段的“光的世界”展览中于校园进行展览介绍。小发明家门，快快动手吧！（下面制作二选一）
一、制作日晷
1、作材料和工具：硬纸板、三角板、笔、圆规、
胶水、双面胶、剪刀
2、制作原理：光在同种均匀介质中沿直线传播。
太阳东升西落，三角板会在不同时刻投下不同的影子。
3、制作方法：
a．剪成矩形，并用圆规画出半圆；
b．把三角板粘在上面，制成如图示模型；
c．将日晷仪放在太阳光照射到的地方并固定（注．
意：使三角板南北方向放置），利用时钟从早晨阳光能够照到日晷仪上的某一刻．．．．．．．．．．．．
（如早上6时或8时），将三角板的影子边缘画在日晷仪底板上，并标注时间。而后，每个2h按上述方法记录一次，直到阳光照不到日晷。
二、小孔成像【我爱发明刨蒜机】
1、制作材料和工具：不透光的硬纸片卷成筒（或者
用圆柱形饮料筒）、剪刀、胶水、浸油的白纸（或半透明
纸）、钉子、蜡烛
2、制作原理：光在同种均匀介质中沿直线传播。蜡
烛的像将会呈现在光屏上。
3、制作方法：
a．用不透光的硬纸片卷成筒（或者用圆柱形饮料筒）
做主体，两个段都开通；
b．把主体筒一端用不透明纸板封住，用钉子扎一个小孔，另一端封上半透明纸做光屏；
c．将蜡烛放在有小孔的一端，调整蜡烛和小孔之间的位置，知道在光屏上看到清晰的蜡烛烛焰的像。
我爱发明
为了让学生们养成爱学习，爱动脑的好习惯，为了让孩子们全面发展，学校少先队大队部为孩子们搭建了一自我展示爱发明、爱动脑的培养平台，让他们自己发明科学小发明。
2014年11月 杨柳小学少先队大队部
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