全自動草皮裁剪整理裝置的研究與設計

張龍飛，郝傳柱

（山東華宇工學院，山東德州 253034）

0 引言

隨著我國現代化進程的不斷加快，自動化創新技術逐步走向規模化、產業化發展道路。伴隨著國家市政綠化工程的不斷推進，全國各城市、街鎮、農村開始實施綠化工程的整治工作。移栽草皮是綠化工程實施過程的重要組成部分，由于目前草皮售貨廠商的銷售方式多數以m2的計算方式進行切割，無法滿足用戶在移栽過程中對形狀與尺寸的實際需求，為此設計一套全自動草皮裁剪整理裝置。該裝置可以對草皮售貨廠商的產品進行二次加工，根據用戶的實際情況切割出草皮移栽時所需的形狀尺寸。

1 草皮切割裝置使用情況

國內現有的草皮切割裝置主要有草坪線切割機、草坪起草切塊機和人造草皮切割機，前兩者需人工推動，切割后需人工整理，耗時長、耗費人力較大；而后者外型較大，且目前只適用于人造草皮的切割與移植，不適于戶外切割植物草皮。

國外市場中的自動化草皮切割裝置占比極小且不適于復雜的工作環境，存在體積較大、費用較高、維修困難等弊端，難以推廣與普及。而國內在草皮切割領域市場空白較多，全自動草皮裁剪整理裝置擁有足夠的發展空間與潛力。

2 草皮裁剪整理裝置

2.1 草皮裁切割方式

目前草皮的切割方法有三種：第一種是通過草坪劃線機進行切割，第二種是通過草坪起草切塊機進行切割，第三種是通過人力手工進行切割。

第一種方法是將草皮放置在地面上，利用草坪劃線機對草皮進行劃線切割。由于草皮黏著在地面上，利用草坪劃線機下面安置的刀片進行切割，地面上可能附著有石子等硬狀物體，切割時存在很多的不確定因素，可能會發生崩刀或斷刀等安全事故，屬于高危操作，耗時長且無法滿足個性化切割要求。

第二種方法是用草坪起草切塊機對草皮進行切割，這種方法適合于草皮生產廠家售貨時使用，是先將草皮從地下耕起然后切割成塊狀，這種方法也不能滿足個性化切割的設計要求。

第三種方法是利用刀、斧子、剪子等簡易工具，手工對草皮進行切割，這種方法可以根據客戶的實際需要切割出滿足設計要求的形狀尺寸，符合個性化切割的設計要求，但這種方法效率低、人工成本高，不適合大批量草皮切割使用。

2.2 全自動草皮裁剪整理裝置設計的必要性

全自動草皮裁剪整理裝置設計新穎，操作方便，維護簡單，一臺全自動草皮裁剪機一天的工作量相當于20個工人一天的工作量。目前市場上的草皮切割機大多數以人工為主體，市面上尚未出現操作簡單方便的智能裝置來代替人工操作。由于人工操作進行草皮裁剪時，不僅需要大量的人力，還需耗費大量的時間和資金，并且人工操作過程中的安全性無法得到保障。為此，更安全、廉價、便捷的草皮裁剪整理裝置的市場實用價值得以體現。

3 全自動草皮裁剪整理裝置設計

3.1 設計意義

在日常施工中，草皮移栽需耗費大量人力，工期長、效果差、成活率低。為了解決上述問題，通過對草皮移栽的形狀尺寸以及國內外市場發展現狀進行分析，發現目前已有的草皮切割機存在操作效率低的問題，由此設計一款全自動草皮裁剪與整理裝置，可以在短時間內高質量完成草皮的裁剪與整理，該裝置包含傳送裝置、切割裝置、改尺裝置、報警裝置和保護裝置，可以大幅度減少施工時間，節省人力，減少草皮的損耗，使草皮裁剪與整理工作在短時間內高質量完成。

3.2 材料選擇

由于草皮屬于草本植物，根冠比較緊密結實，所以在刀具的選擇上采用鋼結構鋒刃圓盤狀刀具，由于整張草皮的重量較大，選定的材料必須要具備重量適宜、價格合理、足夠硬度等特點，因此全自動草皮裁剪整理裝置外殼采用鋁合金型材骨架制成，保證在使用過程中結實耐用。草皮較重，如果人工搬運進切割機進料口費時費力，為此設計利用傳送帶傳送至進料口的方式。

3.3 結構設計

如圖1所示，全自動草皮裁剪整理裝置主要分為傳送、規劃切割路線、切割、推出4個部分，首先將成批大塊草皮送至切割機入口下面放置的傳送帶上，設置好切割寬度與切割形狀，啟動切割機進行工作，切割好以后的草皮被傳送帶運輸到整理裝置工作區域進行整理，整理好的草皮隨著出口傳送帶傳送出來。

圖1 全自動草皮裁剪整理裝置示意

該裝置有以下3個優點：①體型較小，易于搬運，生產效率稿；②報警裝置可以明確指出故障位置，方便維護與修理；③改尺裝置包含各類常見草皮尺寸，并且可以自定義草皮修改尺寸，操作方便。

3.4 傳動裝置設計

本切割裝置在切割機前端裝配一個帶有針狀刺的錐型滾輪機構（圖2），機器啟動后實行連續滾動運行，抓取傳送帶上的草皮移送至切割機入口，該結構輔助傳送帶上的草皮輸入進切割機。切割機上帶控制臺，提前設置好切割寬度與切割形狀，切割完畢后送到整理裝置進行整理，由出口將切割好的草皮傳送出來。

圖2 前置錐型滾輪

3.5 報警功能設計

傳送裝置將草皮送入機器后，裝置根據已經設定好的尺寸對草皮進行裁剪，裁剪后的草皮經整理后被傳送裝置運出，且能做到不易卡草，不傷草皮。在傳送和裁剪草皮時，通過保護裝置可以減少對草根的折損，避免影響草皮的成活率。改尺裝置便于操作，能夠快速設定尺寸，其中包含常見的草皮尺寸，也可以自定義草皮尺寸。當草皮堵塞機器使其無法正常工作時，觸動報警裝置，并明確指出發生障礙的位置，方便維護與修理。機器體積適中，可搬運，無需大量準備工作，方便戶外作業。

4 結語

隨著我國城市綠化工程的大規模開展，草皮的需求量越來越多，綠化單位從草皮種植廠家購買的為規則型草皮，但是在草皮移栽過程中，種植位置多為無規則地塊，這時就需要使用較為簡陋的切割工具，人工切割成所需要形狀再進行移栽，費時、費力、影響效率。設計全自動草皮裁剪整理裝置是為了在短時間內高質量地完成草皮的裁剪和整理。在日常施工中，草皮移栽需耗費大量人力，工期長，效果差，影響成活率。為了解決上述問題，設計一款全自動草皮裁剪與整理裝置，可以在短時間內高質量地完成草皮的裁剪與整理，填補市場空白。本裝置還可以提高在高原高寒地區公路建設中草皮的移植效率，并加快高原地區生態恢復，使高原地區大面積綠化成為可能。