割草机(Lawn mower)又称草坪修剪机、剪草机、除草机等,是一种用于修剪草坪、
植被等的机械工具。面对修剪工作量大,工作环境差的草坪,割草机可以很方便的对草坪及植被进行保养、修整、美化,并以减少草坪及植被遭到病虫害的概率。
1805年,
英国工程师马斯·普拉克内特获得了第一个转刀式割草机的发明专利,是世界上最早的机械割草装置。1830年,英国纺织工人爱德温·巴丁(Edwin Budding)发明了第一台以
内燃机为动力的机械割草机。自此后的170年里陆续出现了轮式轻型割草机、燃油割草机、小型动力割草机、自走式割草机和乘骑式割草机等类型的割草机。
中原地区起步较晚,1958年才开始研制割草机,60年代初,设计出了第一代旋转式割草机。21世纪以来,中国在政策转变的环境下,加快了割草机械的研制速度,向着高效节能,自动控制、新型驱动能源发展。
割草机主要由
发动机、工作装置、行走装置、手推操纵装置和传感器件等部分组成。割草机被广泛应用于高质量草坪、绿化景观草坪,豆科牧草和禾本科牧草的修剪作业中。同时,割草机有很多类别,可根据动力源分为以汽油为燃料的发动机式、以电为动力的电动式和无动力静音式;可根据
切割机工作原理分为往复式和旋转式;可根据刀片类型分为滚刀式和旋刀式等。滚刀式剪草机其剪草质量是几种剪草机中最佳的。目前常用的滚刀式剪草机主要有手推式和坐骑式两种。未来割草机将进一步向着自动化、智能化、多功能化、无线化等方面发展,使得割草作业高效、快速发展。
历史沿革
国际
19世纪以前,高昂的草坪维护费用,导致像样的草坪只有豪宅和机构的主人才拥有。其他想拥有草坪的人只有两种选择:第一种是养羊,
纽约的
中央公园一直到十九世纪末,一直都是200只羊的家园。另一种是专门雇人在青草生长的季节,花费大量时间来割草、堆草,再用手推车运走,这两种方式成本都很大,且草坪不美观。
1805年,
英国工程师托马斯·普拉克内特获得了第一个转刀式割草机的发明专利,是一台装有
环形刀身的机器,用于收割玉米和牧草,是世界上最早的机械割草装置,但其机身笨重机器,而且运转效果不理想。
1830年,英国纺织工人爱德温·巴丁(Edwin Budding)发明了第一台以
内燃机为动力的机械割草机。他开发的机器是基于他的纺织机器改装的,其首要用途不是用于割草,而是用来剪新布上的绒毛。巴丁的圆柱形
割灌机安装在一个后滚轮上,后滚轮用链条驱动割草机前进,使用安装在圆筒上的弯曲刀片割草。
1839年,兰塞姆斯(Ransomes)公司开始制造巴丁发明的割草机。同年,在第一届英国皇家农业协会(RASE)展会上,该公司的割草机被授予
金牌。但巴丁的机器很重,需要用马拉,很难操作并割出平整的草坪,而且价格昂贵,因此销售量不大。在1851年的
英国世界博览会上,仅有两家割草机制造商参展。
1870年,美国发明家艾尔伍德·麦圭尔设计出了轮式轻型割草机。1885年前
美国制造商每年生产5万台这样的割草机。
1893年,蒸汽动力的割草机首次申请了专利,此后的一二十年内汽油割草机开始投放市场。
1897年,德国
奔驰汽车公司和纽约科德威尔(Coldwell)割草机公司联合设计出了最早的燃油割草机。
20世纪20年代之后,小型动力割草机的广告开始大力宣传新机械的高效性。
20世纪50年代后,草坪割草机进入快速发展时期,小型草坪割草机大规模进入欧美家庭,成为必备机具。
20世纪80年代,用于庭院草坪修剪的割草机以步行操纵推行式割草机为主导产品。
20世纪90年代后,开始出现自走式割草机和乘骑式割草机,得到了广大用户的欢迎。
21世纪初,国外老牌园林公司
胡斯华纳(husqvarna)率先在全球研究开发出自动割草机,市场上陆续出现各大品牌自动割草机,并呈现出良好的市场前景。截至2023年,面向家庭的各种类型小型割草机在欧美等
发达国家蓬勃发展。
中国
1958年中国才开始研制割草机,形式主要是马拉式往复割草机,其机型陈旧、指标落后、质量低、成本高。
20世纪60年代初,设计出了第一代旋转式割草机——
紫云英青饲料收获机。
1965年,
内蒙古自治区研究出了双动刀高速割草机,接近当时国际同类产品先进水平。
20世纪70年代,旋转式割草机在结构上出现了单园盘、双圆盘、4圆盘等多种形式,在高密度草场获得推广。并于80年代形成大规模生产。
21世纪以来,中国在大力支持发展畜牧业“粮改饲”等政策环境下,割草机械的研制速度加快。中国割草机研究发展突出表现在高效节能方面,向着自动控制、新型驱动能源发展。
工作原理
割草机的基本工作原理是刀盘装在行走轮上,刀盘上装有
发动机,发动机通过一根转轴跟割草刀片相连,刀片随着发动机高速旋转,从而将草割断。
在整体布局上将高速旋转割草弯盖、双带啮合筒、对称收拢草结构和搅碎拨叉布置于各个部位,当割草机的工作部分遇到
禾本科杂草时,前面的割草弯盖快速旋转,将前面的草修剪整齐。两侧的收拢草结构将割草机旁边的杂草拨到中央,杂草段进入双管啮合筒,将杂草内多余的水分挤压出来,后面的搅碎拨叉将前半部分的杂草碎拨齐并收集。
1-发动机,2-离心式
离合器,3-刀轴,4-车轮轴,5-减速箱,8-刀片,9-轴套,11-刀轴套,15-第一从动轮,16-第一传动皮带,17-第一离合器,21-第一把手,22-第二从动轮,23-第二传动皮带,24-第二离合器,28-第二把手
割草机的一般工作流程如下:
基本构造
割草机由动力来源、工作装置、行走装置、操作系统、安全装置和辅助系统等部分组成。
动力来源
割草机的动力来源主要是汽油机或柴油机,其功能是提供机器行走和割草的全部动力,其主要部件有:油箱、油路管、
水箱、燃烧缸等,油箱中的燃油通过油路管将燃油送到
发动机燃烧缸。除汽油机和柴油机以外,动力来源还有电动机、人力推动等。
行走机构
行走装置主要由行走轮和割草高度调节装置组成。行走轮通过相对草坪修剪机的护罩进行调节,将轮子升高,割草机下降,割草高度降低,反之割草高度则上升。有些草坪修剪机的行走轮是可以自行行走的,其动力是由发动机通过减速装置,
离合器传到行走轮上,这样操作者在割草作业时只掌握其方向而不必用力推割草机。
工作装置
工作装置为刀盘上装有数把割草刀或一长条形割草刀,直接装在
发动机的输出轴上,作业时高速旋转切割草茎。在工作装置上装有
风机叶片,或将割草刀的非刃口做成风机叶片。割草作业时对地面形成一定真空将草茎吹成直立状态,便于切割外可与罩壳相结合形成
涡流,将割下的碎草落于草坪上。
操作系统
手推操纵装置主要由手推杆、行走轮离合器操纵装置、发动机油门操作装置组成。各种操作装置都安装在手推杆上,手推杆与护罩固定的铁链连接在一起,其高度要适合于大多数人身高操作时最省力的位置,以减少操作者工作强度。
安全装置
工作过程中,割草机如遇障碍物,则可能损伤刀盘,如遇人,高速旋转的刀片可能对人产生极强的危害。割草机在行进过程中,需要选用测量距离、位置的
传感器不断采集周围信息,规划自身运动路径,来达到绕开障碍物的目的;采用保障人身安全的颜色传感器,根据颜色传感器反馈给控制系统的信号,来判断是否需要转向。
割草机仿形装置的作用是保证割草机作业的同时保持割茬高度均匀,防止割刀碰触地面杂物出现损坏,保证割草机高效作业。中国割草机仿形装置的
设计研究起步较晚,同时果园多分布于
丘陵山地,地况较复杂,需要可靠的仿形装置来保障割草机的安全作业。
辅助系统
基本分类
按动力分类
以汽油为燃料的发动机式
以汽油为燃料的汽油机割草机,其输出动力是通过主动轮、三角带、从动轮(由两部分组成,两者在外力的作用下可以沿轴向移动)传至
减速机,经过减速器内蜗轮、
蜗杆的变速,动力再由小链轮、链条、大链轮传至草坪割草机
后轴,驱使草坪割草机行走。
以电为动力的电动式
电动式割草机有一个
甲母质,可以保护使用者不受裸露旋转刀片的伤害,还可以将割下的草料放入收集袋、从侧卸料槽排出,或者作为覆盖物放回草坪上。后置
手柄用于推动和引导割草机,也可以作为割草机控制部件的安装位置。自行行走的后置割草机由连接在电机
驱动轴上的链条或皮带驱动,使得推动割草机的工作更加容易。电动式割草机比同类的燃油割草机更安静、更容易维护、重量更轻。
例如蓄电池割草机(多功能小型割草机),经相应的调压电路,分别给割草机械本体部分和控制系统供电。割草机以
单片机为核心控制系统,通过
传感器,感知系统采集外部环境参数信号,将采集的信号发送给控制系统,控制系统据此控制割草机机械部分采取相应行动。
无动力静音式
早期的步进式割草机是手推的,使用俩端带有几个刀片的水平
卷轴或滚筒。其特点简单、安静、环保、不需要太多维护,使用的同时还能锻炼身体。尽管电动卷轴割草机问世,也没有被取而代之。
按切割器工作原理
往复式割草机
往复式割草机应用
剪力原理切割饲草,与理发推剪原理相似,属于有支撑切割。由切割器、机架(或悬挂架)、传动机构、起落机构等部件组成,可直接贴近地面进行割草,另有调节杆可调节高低及规避障碍物。往复式割草机具有动力消耗较小、割茬低而整齐、重割率低、饲草损失较少等特点,但其振动不易平衡、作业速度相对较低,当饲料稠密或呈缠连状时,容易出现堵刀等故障。往复式割草机主要用于
禾本科杂草和细
灌木丛的割草工作,多用于公路两侧、河堤绿地改造作业。往复式割草机多为自行式,
发动机发动后动刀就开始运动,由
手柄上的控制装置控制机器前进或后退,操作者压下或增高手柄来改变
切割器的割草高度。
旋转式割草机
旋转式割草机采用高速旋转的
切割机,利用刀片的
切向速度以无支承切割原理切割植株,其
电动机驱动刀片每分钟旋转3000转,刀锋尖端(切割杂草的工作部位)的线速度大约为5800米/分钟。工作部分一般由一个或几个圆盘用
螺栓连接在刀盘上的几把刀片组成。旋转式割草机有
生产率高、不易堵塞、容易更换刀片、保养方便等优点,并且,设计简单容易制造。但其功率消耗较大、重割区大、割茬不齐、碎草多,且对地面的平整度要求高。旋转式割草机切割速度快,可实现高速作业,适于高产饲料和高硬杆牧草收获。在湿度、密度大,倒伏严重等恶劣条件下也能工作。
按刀片割草方式分类
滚刀式
滚刀式割草机主要适用于地面平坦、质量较高的草坪。其切割装置主要由滚刀(动刀)和底刀(定刀)组成。滚刀的形状像一个圆柱形鼠笼,切割刀呈螺旋形安装在圆柱表面上,滚刀旋转带动草茎,相对于底刀产生一个逐渐切割的滑动,
剪力面将草茎剪断。滚刀式割草机割草的质量决定于滚刀上的刀片数和滚刀的转速。滚刀的刀片数(一般为3-12个不等)越多,单位长度内切割的次数就越多,切下的草也越细。同时,滚刀的转速越快,切下的草也越细。
旋刀式
旋刀式割草机割草时以高速旋转的刀刃与草茎碰撞而将其割断,为无支撑切割。这种割草机作业时对草坪的质量要求不高,普通人工栽植的草坪都可以使用,但割草的质量比滚刀式草坪修剪机稍差些。
其他分类
性能指标
关键技术
表面强化技术
通常利用表面强化技术增强农机零件性能,来达到延长使用寿命的目的,表面强化技术主要包括
热喷涂技术、
激光熔覆技术、
带电粒子熔覆技术和等离子堆焊技术等。
切割控制
可控制切割深度的割草机,包括防护罩,防护罩的顶部中心位置设有连接轴,连接轴穿透防护罩的顶部延伸至内部,连接轴的内部设有转轴,转轴的底部设有安装板,连接轴的顶部设有电动推杆,电动推杆的顶部固定设置有活动座,活动座的顶部一侧设有铝制管件,铝制管件的底端设有电动伸缩杆。通过在铝制管件的底端安装电动伸缩杆,在使用时,通过控制电动伸缩杆的延伸和收缩,来控制防护罩与铝制管件之间的角度,从而达到调节切割角度的目的,降低切割难度,提高切割效率,通过在活动座的底部设置电动推杆,来达到调节与地面间距的目的,从而实现对设备的切割深度进行调节,能够降低割草的难度,从而提高工作效率。
(1)防护罩、(2)连接轴、(3)电动推杆、(4)活动座、(5)铝制管件、(6)固定套、(7)安装座、(8)调节旋钮、(9)握杆、(10)握把套、(11)控制键、(12)无刷电机、(13)
蓄电池、(14)充电接口、(15)夹座、(16)电动伸缩杆、(17)转轴、(18)安装板、(19)固定螺丝、(20)刀盘、(21)刀片。
轻量化
自动割草机采用3D打印
复合材料结构件,化后刀盘模态频率有所增加,抗振性能增强。在保证结构强度的前提下,大大减轻了割草机的重量,重量降低为金属构件重量的五分之一。
应用领域
高质量的草坪
修剪高质量草坪首选滚刀式剪草机。例如
高尔夫球场的果岭、
发球台、球道,高水准的庭院草坪,运动场草坪以及草皮卷的生产。某些滚刀式剪草机在某些特定区域(例如果岭)即使将修剪高度降至2.5mm仍能展现出高质量的草坪。
一般绿化景观的低养护草坪
一般绿化景观的低养护草坪(如广场、公园、学校、工厂绿化草坪),修剪高度控制在4~15cm,常选用旋刀剪草机。旋刀式剪草机与滚刀式剪草机相比,机器保养简单,通用性强,尤其可用于修剪生长高度较高或粗质穗部的草坪草和
禾本科杂草,例如,较易形成粗质穗部的草坪
草种(美洲雀、
假俭草、
钝叶草)。
豆科牧草和禾本科牧草
主要指豆科牧草紫花首蓓,首选双圆盘割草机。紫花首蓓最佳收割时间为孕蕾期一初花期,时间很短,仅靠人工难以完成整个收获工作,因此,收获作业则必须借助牧草收获机械完成。
发展趋势
操作自动化、智能化
中国的割草机仍以步行操作推行式为主,技术含量较低,低价竞争激烈。未来将进一步朝着自动化程度更高、操作更舒适的方向发展。智能化指割草机能自主的完成修剪整理草坪工作,无需人为控制和操作,具有自动防止碰撞、自动电池电量检测、自动返回充电等功能。
多功能化
多功能化,即一机多用,通过功能模块切换或更换不同的机具附件即可完成不同的作业,用尽可能少的机械品种完成尽可能多的作业,提高机器利用率。多功能化研究是割草机
制造企业研究的重点内容之一。
节能环保
随着世界环保意识的提高和各国环保法则的日益严格,对于相关产品在环保方面的要求也越来越高。例如,曾一度用作割草机动力的二冲程
发动机被噪声低、排放污染相对低的四冲程发动机代替。随着环保要求的进一步提高,未来对汽油类割草机的排放要求也会更高,以电机为动力的割草机在未来将进一步占据市场空间。
无线化
随着
蓄电池技术的发展和推广应用,以及高性能环保电池制造成本的大幅降低,研制摆脱电线的无线割草机成为可能。市场上的一些以蓄电池为储能器的割草机,因其电池容量大,成本高,并未广泛普及。若能将储能电池与
太阳能电池板结合,有利于打开无线割草机市场。
速度合理化
在设计初期合理匹配割草机作业速度与割刀工作速度。牵引式割草机应充分考虑配套
拖拉机的输出转速,结合自身传动系统匹配合适的动力以实现高效作业。自走式割草机在整机设计中,应保证传动比合理,确保
发动机驱动割草机前进的同时保持一定的割刀转速。
标准规范