可持續(xù)發(fā)展形勢(shì)下對(duì)除枯草車設(shè)計(jì)的研究

任 博，馬昊楠，劉 洋

（沈陽化工大學(xué)工業(yè)與藝術(shù)設(shè)計(jì)系，遼寧 沈陽 110142）

1 去除枯草的重要性

草坪是城市綠化中不可缺少的一環(huán)，是衡量現(xiàn)代化城市綠化水平的標(biāo)志，草坪可以吸收太陽光中的紫外線，減緩了太陽光的輻射力度；凈化了整個(gè)區(qū)域的空氣，對(duì)裸露在空氣中的散塵和浮塵有著極強(qiáng)的吸附作用；草坪還能進(jìn)行殺菌，保持水土平衡而減少水流失的現(xiàn)象；草坪還為人們提供了休閑娛樂的場(chǎng)所，如球場(chǎng)等。草坪的草在生長(zhǎng)過程中，會(huì)不斷有老的枝葉死亡、新的枝葉產(chǎn)生，在自然條件下死亡的有機(jī)體殘余物，被不同的微生物和動(dòng)物分解、利用，形成腐殖質(zhì)，并在土壤中積累。當(dāng)新組織的產(chǎn)生速度大于分解時(shí)，長(zhǎng)期積累即形成枯草層 。枯草層猶如一層緊實(shí)的編織物處于地表與綠色植物之間?？莶輰臃譃閮蓪?，上層是橫向生長(zhǎng)的莖葉和剛腐爛的植物體；下層是像泥炭一樣難以分解的底層。枯草層的少量積累是有利的，可以減少雜草的侵入，保蓄水分，減弱極端溫度對(duì)草坪的不良影響，但是枯草層過厚積累則會(huì)為病害提供滋生的環(huán)境，減少水分的滲透與氣體的交換，草坪水肥狀況惡化，由于土壤比枯草層更容易變干，而且變干后重新恢復(fù)濕度相當(dāng)困難，使土壤對(duì)大氣溫度變化的緩沖作用失效，草坪易受到高溫脅迫的損害。所以為了避免枯草層過厚產(chǎn)生的一系列不良影響，應(yīng)該及時(shí)的修建過厚的枯草層。那么在北方由于氣候原因，草坪會(huì)全部進(jìn)入枯黃期，有些草坪管理者會(huì)在春天來臨之前對(duì)枯草進(jìn)行大面積燃燒處理，這嚴(yán)重的危害了環(huán)境健康，加劇了空氣污染，同時(shí)也使草坪的密度下降，均一性變差。因此需要及時(shí)的應(yīng)用除草機(jī)對(duì)其進(jìn)行修剪。目前市面上有一些小型除草機(jī)，適用于家庭使用，方便攜帶，但是大面積的草坪使用通常會(huì)耗費(fèi)大量的人力，有時(shí)還會(huì)因?yàn)榉謪^(qū)域除草而造成差異化，除掉后的枯草也無法利用起來，而且它更適用于生長(zhǎng)旺盛的綠色草坪的修剪，對(duì)于北方冬天的大面積枯草難以使用。現(xiàn)在已經(jīng)有了針對(duì)農(nóng)作物秸稈的打捆機(jī)等設(shè)施來進(jìn)行資源的循環(huán)利用，所以現(xiàn)在擬設(shè)計(jì)一款除枯草車，對(duì)枯草進(jìn)行這種收集壓縮處理并進(jìn)行回收利用。

2 除枯草車的設(shè)計(jì)

擬設(shè)計(jì)的全自動(dòng)除枯草車是由環(huán)保的生物柴油燃料驅(qū)動(dòng)，車輛自動(dòng)駕駛并智能規(guī)劃路線對(duì)草坪進(jìn)行切割，車前方設(shè)置橫向旋轉(zhuǎn)切割刀輪進(jìn)行草的收割，在車前進(jìn)的過程中下方有吸草口利用風(fēng)機(jī)吸入對(duì)割下的枯草進(jìn)行回收，車內(nèi)的壓縮機(jī)構(gòu)最大化壓縮枯草并暫時(shí)存儲(chǔ)，在整個(gè)草坪切割完畢后運(yùn)走可供給畜牧業(yè)進(jìn)行牲畜的喂養(yǎng)。

生物柴油是以植物果實(shí)，種子、植物導(dǎo)管乳汁或動(dòng)物脂肪油、廢棄的食用油等為原料與醇類經(jīng)交酯化反應(yīng)獲得的可供內(nèi)燃機(jī)使用的一種燃料，是一種清潔含氧燃料，具有可再生，易于降解，燃燒污染排放低，溫室氣體排放低等特點(diǎn)。生物柴油作為新型交通能源，資源豐富，能量密度高，使用性能好而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，很多國(guó)家正在把生物柴油作為普通柴油的替代燃料大力發(fā)展，中國(guó)是能源消耗大國(guó)，更要合理有序的發(fā)展生物柴油。所以它作為汽車新能源具有很大的潛力，這款除枯草車設(shè)計(jì)為生物柴油作為動(dòng)力，可以更好地推進(jìn)環(huán)保政策。

除枯草車的自動(dòng)駕駛?cè)斯ぶ悄鼙苷霞夹g(shù)解放人力利用無人駕駛，無人駕駛對(duì)外界的感知主要是通過傳感器，例如移動(dòng)機(jī)器人的超聲波傳感器，能夠?qū)⒄系K物迅速檢測(cè)并躲避。應(yīng)用了人工智能規(guī)劃路線，節(jié)省人力的同時(shí)還能保證路線的最優(yōu)化；可以保證安全，避免事故。人工智能在生活中已經(jīng)被熟知，在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展背景下，人工智能的廣泛應(yīng)用成為一種必然，科學(xué)合理地應(yīng)用人工智能對(duì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展會(huì)產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。

除草車的切割輪設(shè)置為車前方兩個(gè)橫向伸縮切割輪，同時(shí)向車中軸線方向旋轉(zhuǎn)向內(nèi)擺動(dòng)切割，能保障切下來枯草的集中性。切割輪高度設(shè)置為略低于枯草層的最佳覆蓋高度，枯草層超過1.9cm就會(huì)對(duì)草坪產(chǎn)生不良影響，切割后高度可設(shè)計(jì)為0.9～1.1cm自由調(diào)節(jié)。除草車的吸草器利用了風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)葉輪在電動(dòng)機(jī)的高速驅(qū)動(dòng)下，葉輪中的葉片對(duì)空氣做功，使葉輪中空氣得到能量，并以極高的速度排出風(fēng)機(jī)，同時(shí)風(fēng)機(jī)前端吸草部位的空氣不斷補(bǔ)充葉輪中的空氣，使吸草器內(nèi)形成了瞬時(shí)真空，內(nèi)外壓力相差大，從而使附近的枯草屑隨氣流吸入吸草器。

吸入后經(jīng)過機(jī)械設(shè)備的傳送將枯草逐步擠壓到模板中，輥輪部件將原本松散的枯草壓到預(yù)制的模具中，因?yàn)槟＞呖臻g有限，材料之間會(huì)發(fā)生相互擠壓并發(fā)生形變；當(dāng)模具中的枯草積累到一定量后，摩擦?xí)兊酶訌?qiáng)烈并產(chǎn)生熱量，不同粒子之間也會(huì)產(chǎn)生一定粘合力，使枯草壓縮成相應(yīng)的形狀。成型后的枯草炭塊體積僅相當(dāng)于原草料的1/30，是同重量枯草的10～15倍，其密度為0.9～1.4g/cm3。除草完畢后，除草車就可以把壓縮塊運(yùn)走進(jìn)行利用了。

為了保障除枯草車行駛的可通過性以及對(duì)土壤的保護(hù)，車采用米其林農(nóng)業(yè)機(jī)械輪胎，應(yīng)用可調(diào)整輪胎充氣壓力系統(tǒng)，并可根據(jù)作業(yè)種類和區(qū)域的土壤狀況調(diào)整輪胎充氣壓力，能夠更有效的保護(hù)土壤，減少車輛燃料的消耗，最重要的是可以延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，保護(hù)草地，保證有效的抓著力。

3 結(jié)語

城市綠化越來越完全，草坪的發(fā)展前景也越來越好，因此草坪護(hù)理占領(lǐng)著很重要的部分。這款除枯草車不但可以用來除枯草，同樣可以用于修建過高的青草，兩者結(jié)合可以為草坪管理節(jié)約很多資源。所以雖然這款車目前只是處于初步設(shè)想階段，但由于目前所應(yīng)用的各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展比較成熟，環(huán)境的保護(hù)和資源循環(huán)利用越來越被重視，這樣一款車的出現(xiàn)也將成為必然。