对于球形绿篱的养护工作,现有设备大都用于修剪平面绿篱。修剪球形绿篱时,需要定制指定半径的修剪刀具,造成绿化养护工作成本增加。因此,研发能够修剪不同直径球形绿篱的修剪设备有着重要的意义。本文研究的球形绿篱机有三部分组成:升降机构、伸缩机构和修剪机构。其中,伸缩机构采用电驱动绳索滑轮伸缩臂,与传统的液压式伸缩臂相比,质量较轻;修剪机构一侧为菱形机构,用于刀具之间角度调节,另一侧为连杆传动机构,用于往复式刀具的运动。升降机构和伸缩机构用于调整修剪机构位置,搭配伸缩机构末端的竖直旋转电机,修剪机构即可在一定范围内修剪不同半径的球形绿篱,修剪效率高、成本低。主要内容如下。首先,对球形绿篱机作业工况进行分析,对比现有球形绿篱机的优劣,确定球形绿篱机主要结构。根据设计要求创新性的提出两种设计方案,通过对比分析确定了电驱动绳索滑轮伸缩臂设计方案和基于连杆传动的修剪刀具设计方案,解决了目前球形绿篱刀具曲率半径不可调节的问题。其次,分析计算确定升降机构、伸缩机构和修剪机构的性能参数。基于关键机构设计方案建立三维模型,并导入ADAMS软件中进行运动学分析。根据修剪工艺,分配各关键机构工作时间。在运动学仿真中,根据升降机构的工作时间,给定4种驱动函数,通过对比分析结果,确定升降机构工作时间为60s;伸缩机构运动学仿真时,给定5种不同直径的驱动绳索,通过三节臂稳定性和绳索张力优化分析,确定绳索直径为12.5 mm;给定5种不同曲柄连杆比的修剪机构,通过对比动刀的运动稳定性和传动连杆受力大小,确定修剪机构曲柄连杆比为3:10。然后,通过静力学分析和模态分析,对关键机构的具体尺寸进行设计。将升降平台梯形加强筋划分7个梯度,分别进行静力学分析,对比分析结果,确定梯形上下底长为60mm、30 mm;通过不同厚度的剪叉臂升降机构静力学分析,确定剪叉臂厚度为30 mm。给定伸缩机构上下板厚度,改变侧板厚度进行有限元分析,确定侧板厚度为5 mm。修剪机构中分析厚度不同的传动连杆和L-型导板,对比分析结果,确定传动连杆和L-型导板厚度分别为3 mm、5 mm。通过模态分析,验证了各机构固有频率远大于激励频率。最后,将绳索模型简化为无质量的弹簧模型,并引入摩擦项,建立伸缩机构驱动单元的动力学精确模型。分析结果表明,在角频率ω0=324处,系统存在谐振情况,通过双T网络和比例环节对系统传递函数进行校正。本文对球形绿篱机关键机构进行结构设计、仿真分析以及参数优化,验证了各结构满足强度条件和刚度条件,球形绿篱机结构设计符合工况要求,克服了目前市场上常见绿篱机的缺点。