手持式綠籬修剪機設計方案的選擇和試驗

楊天興　祁富燕　王振祿　王隴臨　水清皎

摘 要：為了從綠籬修剪機設計的眾多方案中選擇出最佳方案，采用模糊評價的方法對4個備選方案進行隸屬度函數的計算，最終完成了方案的評價和選擇。試驗證明，模糊評價能夠為手持電動綠籬修剪機的設計方案選擇和科學決策提供參考。

關鍵詞：綠籬修剪機;設計方案;模糊評價;試驗

中圖分類號：S776.24 文獻標識碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201015016

引言

綠籬是現代化生活中企事業單位、生活小區和綠化帶不可或缺的造景和綠化手法。本文以機械設計方法學相關內容為指導，對手持式電動綠籬修剪機的結構設計進行定量與定性的分析。同時，運用模糊綜合評價法，對不同方案進行評價，對各設計方案進行優劣排序，從而選出手持式電動綠籬修剪機的最優設計方案[3-6]。

1 修剪機總功能的描述及分解

設計的手持式電動綠籬修剪機要求將綠籬按照成型要求把多余的莖稈剪去，割茬均勻、整齊，無撕裂，操作簡單，使用安全可靠?？偣δ苊枋鰹椤靶藜艟G籬多余的莖稈”。

利用“黑箱法”完成修剪機功能分析，如圖1所示。

對于比較復雜的技術系統可利用系統工程的分解性原理和功能樹的方式將功能系統按總功能、分功能等功能元進行分解，化繁為簡，以便通過各功能元解的有機組合求得技術系統解[7]。修剪機總功能為修剪莖稈，可分解為能量轉換、控制方式、剪切莖稈，剪切莖稈功能分為切割方式及切割運動變換。

2 功能結構的建立及方案的形態學矩陣

綠籬修剪機的總功能分解為能量轉換、控制方式、切割方式及切割運動變換4個功能元。根據功能元的性質尋找實現的工作原理，再從工作原理找到功能載體即可獲得功能元的解。將獲得的各功能元的解列入以功能元為縱坐標，功能元的解為橫坐標的形態學矩陣中，如表1所示。

根據表1修剪機方案的形態學矩陣得出整體方案，從理論上可以計算出：

S=5×2×3×4=120

根據是否滿足最終功能的實現、結構設計的合理性及成本的高低等要求和相容性原則初步選定以下幾種方案作為備選方案：

汽油機→手動控制→凸輪機構→往復切割;

汽油機→機械控制→擺環機構→撓性切割;

移動電源→手動控制→錐齒輪傳動→高速回轉切割;

交流220V電壓→機械控制→錐齒輪傳動→高速回轉切割。

3 模糊評價

3.1 評價指標及權重的確定

對于綠籬修剪機，從使用的效果、制造的成本和社會效益3方面考慮選擇撕裂率、工作幅寬、價格、安全性、噪聲、可靠性和維修性7個指標作為評價目標，利用優序圖法確定各評價指標的權重。優序圖法是通過對多個指標或目標進行兩兩相對比較，最后給出重要性次序或優先次序[8，9]。將7個指標兩兩進行對比，若一個指標和另一個指標相比絕對重要則得4分，另一指標得0分;一個指標相對另一個指標重要則分別得3分和1分;兩指標相當則各得2分。表中ki為各個評價指標的總得分，gi為第i個指標的權重，即第i個指標的總得分與所有指標總得分和之比。結果如表2所示。

3.2 評價目標的確定

將評價目標分為4個等級：優、良、中、差，上述7個評價指標相對應的等級級別如表3所示。

3.3 模糊評價矩陣的建立及隸屬度的計算

根據以上分析，可以得到評價指標集X、權重矩陣A和評價目標集

X={撕裂率、工作幅寬、價格、安全性、噪聲、可靠性、維修性}

A={0.18、0.23、0.12、0.14、0.12、0.13、0.08}

Y={優、良、中、差}

根據上述計算結果備選方案按照最大隸屬度排序為3、4、1、2。在方案比較時遵循最大隸屬度原則，所以根據排序選擇方案3，即移動電源→手動控制→錐齒輪傳動→高速回轉切割。因綠籬遍布居民小區、各個單位院落和校園，動力采用移動電源可以減少尾氣污染、保護環境;手動控制便于在修剪過程中根據成型需要方便調控;切割方式采用高速回轉式切割器是以高速回轉刀具對綠籬作物形成沖擊、砍切，實現對快速綠籬的剪切，撕裂率低;切割運動變換利用錐齒輪傳動將水平方向的旋轉運動轉變為垂直方向的高速旋轉，使切割刀片產生高速的旋轉切割運動。按照方案3，采用手提拋光機為切割旋轉運動變換裝置，配以專門制作的切割刀片試制樣機2臺，用以綠籬修剪試驗。結構簡圖如圖2所示。

4 性能試驗及結果分析

對綠籬的修剪試驗在蘭州城市學院培黎校區進行，如圖3所示。

試驗綠籬長勢及大小符合試驗要求和機具的適應范圍。性能試驗依據林業行業標準園林機械—手持式電動綠籬修剪機LYT_2403-2014和《北京市綠籬修剪機的技術要求及操作規程》進行。樣機性能試驗結果如表4所示。

結果表明，按照相關國家和行業標準測試中該新型手持式電動綠籬修剪機總體工作順暢，切割性能穩定，割茬整齊，其設計方案合理。

5 結論

運用模糊評價體系，構建了手持式電動綠籬修剪機設計方案模糊綜合評價模型，通過綜合評價，實現了從多個備選方案中選擇最優方案的評價和選擇。試驗證明，該種評價體系具有一定應用價值，對于從眾多方案中選優時有一定的參考意義。

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（責任編輯 周康）

收稿日期：2020-08-27

基金項目：甘肅省高等學?？蒲许椖浚椖烤幪枺?017C—21）;甘肅省高等學?？蒲许椖浚椖烤幪枺?018D—18）;甘肅省自然科學基金項目（項目編號：18JR3RA225），隴原青年創新創業人才團隊項目（項目編號：2020RCXM132）

作者簡介：楊天興（1974-），男，碩士，副教授。研究方向：園林機械;通訊作者水清皎。