一種齒幅式綠化修剪器的研制與應用

陳鏈冰，李志明，吳 開，陳達隆，劉智科

0 引言

高速公路中央隔離帶是高速公路的主體組成部分，其作用是遮光防眩、引導視線、美化環境、降低噪音、隔離車道、降低硬性防護成本等，給廣大司乘人員一種安全、舒適、自然的美感[1]。同時，中央隔離帶綠化又是改善路容路貌、保持水土流失的主要措施[2]。

高速公路中分帶綠化修剪是高速公路綠化養護一項重要內容，其工作效率提高對于降低企業成本、提高安全系數具有重要作用[3]。本論述從實際工作出發，研制一種新型齒幅式綠化修剪器，解決中分帶綠化根部修剪不到位及側面修剪效果不佳的問題。

1 背景和意義

隨著公路里程的迅速增加和對綠化要求的提高，綠化帶養護作業的工作量大大增加。而現階段我國綠化帶養護的機械化程度相對落后[4]。目前，我國高速公路中央分隔帶綠化修剪工作以“人工+小型綠化機具”的方式為主，作業工效低，且存在較大的安全隱患。國內外尚無直接應用于高速公路中央分隔帶綠化修剪快速、高效的設備，具有巨大的市場潛力和良好的發展前景。

針對此情況，本項目通過研制一款齒幅式綠化修剪器，全面替代人工作業的機械化修剪設備及施工技術，提高施工工效，節省施工成本，實現高速公路中分帶綠化機械化、規范化作業。

2 技術現狀

隨著高速公路中分帶綠化陸續推行機械化修剪技術，逐步解決了高速公路中分帶綠化的頂面及部分側面修剪問題。但受中分帶設計寬度較窄的影響，對于護欄以下部分的灌木根部無法通過現有設備完成修剪工作。本項目根據車載式修剪設備的應用情況，設計研制中分帶綠化根部修剪專用設備。

（1）中分帶綠化修剪需同時修剪綠蘺頂面和兩側，頂面修剪控制高度在1.6～1.8 m，側面修剪要確保綠化枝條控制在防撞護欄板范圍內，修剪效果要求平整美觀。

（2）傳統人工修剪模式的缺點及不足：使用單缸汽油機噪聲高，空氣污染嚴重；工人手持機具費力，勞動強度大；效率不高，需要配置大量技術工人進行作業；受工人自身的技術水平和參照物的不同，很難做到修剪效果整齊；在高速公路作業時，工人人身安全很難得到有效保障[5]。

（3）作業效率非常低下，經測算，20個勞動力1天修剪長度約為1 km。

3 設計思路

高速公路中分帶綠化根部修剪主要考慮要輕便、操作簡單等，技術方案設計如下：

（1）體積輕便，重量小，整機厚度較薄，根據需修剪樹枝距地及距護欄近的特點，設計修剪器的總厚度應少于10厘米，可伸進綠化帶樹枝根部。

（2）修剪距離地面位置小，可以有效地剪掉較矮的樹枝。

（3）只須更換原修剪機工作刀具裝置，充分利用主機操作系統，不改變操作模式，操作簡單、安全可靠。

（4）可隨修剪樹枝的角度在一定范圍內調整，最大調整角度可達45°。

（5）可以靈活地避開護欄板及安裝立柱和防阻塊。

（6）整套機械設備的能耗盡量要低、充分利用現有養護作業車及可裝卸。

4 修剪器研制

根據高速公路養護生產特點的需要，研制一款齒幅式液壓修剪器，可以配套于現有的中分帶修剪主機使用。采用齒幅式刀刃的修剪器，能最低限度減少修剪器的總成厚度，從而增加修剪器的作業空間。齒幅式刀刃修剪器總成厚度可以減少到8 cm，可以修剪中分帶寬度為120 cm以下，修剪高度可修剪距地5～8 cm高，修剪面積可達1.2 m左右。

（1）修剪設備整體構造

綠化修剪設備由動力系統、液壓升降傳動系統、操作平臺、型鋼框架系統、齒幅式修剪器和液壓控制系統等組成（圖1、圖2），齒幅式修剪器由齒幅刀和連接臂組成；液壓控制系統由控制面板、液壓輔助泵、流量控制閥、液壓泵組成。其中液壓升降傳動系統安裝在型鋼框架結構上，并且通過傳動裝置與刀頭裝置相連接，整套設備根據作業要求便于裝卸在養護作業車上。

（2）液壓系統設計

圖1 結構示意圖

圖2 連接件安裝示意圖

齒幅修剪器液壓系統流量配置要求為50～80 L／min，需要配置一套流量為50～80 L／min的液壓泵及控制閥；齒幅修剪的最快剪切頻率為60次/min，需要配置一套流量為50～80 L／min電液壓控制裝置，可靈活調節修剪齒幅的動作頻率，以適應于不同修剪速度工況的需要。

（3）設備技術特點

1）齒幅式修剪器使用螺栓連接的方式安裝在伸縮臂連接頭上，安裝簡便且不改變原機械工作修剪刀頭安裝位置，同時工作的各種運動擺幅由原機控制裝置實現。

2）齒幅式修剪器采用電液壓控制系統，通過手柄控制液壓流量，可調節刀片工作起停、快慢，并可以通過另外一套逆向手柄操控液壓系統，實現刀齒逆向剪切。

3）主要技術參數如下：

工作幅寬：1 800～3 200 mm；

液壓流量：50～80 L/min；

剪切頻率：60～120次/min；

調整角度范圍：0°～45°；

最大剪切直徑：40 mm。

5 修剪器的應用

齒幅式綠化修剪器經過多次結構優化后，分別在廣清高速進行了0.8～1.2 m寬中分帶綠化根部、側邊的修剪試驗以及在沈海高速進行了1.2 m以上中分帶側面及根部的修剪試驗，完成了設備的綜合性能檢測，整體效果良好。

（1）在修剪作業中，采用封閉交通的方式進行修剪，修剪行車速度為3～5 km/h。修剪過程中需要配一輛清理車及1至2人作清理樹枝工作，修剪的碎樹一般會由修剪機引導灑落于修剪一側的超車道車上，碎枝經過人工配合才能清理干凈。

（2）修剪機應用數據

1）可修剪80 cm左右及以上寬度的中央綠化帶根部、側面等多個方位；

2）修剪的進刀角度可以隨意根據修剪要求調整；

3）修剪距地高度10 cm左右，修剪樹枝的最大直徑可達4 cm，修剪濃密的樹枝根部時可通過調整行進速度進行修剪；

4）修剪面平整，樹枝切破裂損傷少，修剪質量較好；

5）修剪過程中剩余的殘枝殘葉能隨修剪機導板落在中分帶護欄內，不易飛濺造成行車危險，作業安全性好，刀齒交替切入樹枝，不易崩脫飛濺。

應用效果情況見圖3～6。

圖3 側面修剪

圖5 中分帶綠化修剪前

圖6 中分帶綠化修剪后

（3）經調試與試用成功后，于2017年1月起陸續在廣東省多條高速公路上正式投入使用，修剪效果良好，并得到各條線路營運單位的高度好評。

6 應用總結和評價

（1）修剪方式

中分帶根部修剪宜采取交通管制方式進行修剪，按照中分帶綠化修剪機施工操作規范進行作業。路側灌木修剪可在不作交通管制的方式進行作業，但建議尾隨一臺車載安全導向警示車輛。

（2）修剪速度

進行中分帶綠化根部修剪時，可以輔助人工清理修剪后的根部粗枝，綜合修剪速度為2～3 km/h；進行路側灌喬木修剪時，綜合修剪速度為3～5 km/h。

（3）經濟效益對比

高速公路中分帶綠化根部修剪成本（包括交通管制、人工清理枝葉、機械使用費）約為800元/km，路側灌喬木修剪成本約600元/km，比人工修剪模式降低成本約60%。

（4）工作效率對比

通過實際工作對比，采用機械化修剪，勞動人數、勞動時間、占道時間和耗用工日都得到明顯降低，修剪效率顯著提高。

（5）修剪效果評價

使用機械化修剪設備修剪后，中分帶綠化整體效果呈現高度一致、側面相對平整的形狀。

（6）安全與社會效益評價

作業區路段作業人員人數從20人降低到4～6人，相當于單位密集度降低約60%，且作業時間縮短，安全系數大為提高。修剪作業占道時間大幅度縮短后，道路擁堵發生概率大幅度降低了70%。

7 結束語

高速公路中分帶綠化根部修剪設備已分別在廣東省多條高速公路上使用，實際使用效果證明，設備實用有效，值得推廣和應用。此設備具有以下特點：

（1）可以廣泛應用于高速公路中分帶灌木根部修剪以及路側喬木修剪作業，解決了高速公路中分帶綠化根部修剪不到位的技術難題；

（2）代替了人工手持剪刀或高枝鋸等小型機具作業的模式，具有操作方便和經濟環保的優點，提高了施工工效，減少了作業投入；

（3）有效縮短綠化修剪作業時間及占道時間，提高工作效率，降低安全隱患及作業人員勞動強度。