高速公路绿篱对于保护高速公路生态环境、保障行车安全,减少交通事故的发生等起到了非常重要的作用。同时,高速公路绿篱的修剪和维护具有严格的标准,一般绿篱高度应保持在1.2-1.5米之间。随着我国高速公路里程数的不断增加,绿篱种植在时间和品种的差异较大,造成了维护难度较大。当前在国内对高速公路绿篱的修剪主要还是以人工修剪为主;近几年也有部分地方研发了高速公路绿篱修剪机,但总的来说机械效率低、适应性不强、使用性能差,无法满足当前高速公路绿篱修剪的基本要求。因此,目前高速公路绿篱修剪维护水平相当低,严重制约了我国高速公路高速、高标准、快速的发展。本文是在查阅大量国内外相关文献资料的基础上,分析当前现有国内外绿篱修剪机的优缺点,并在对当前国内较先进的高速公路绿篱修剪机调研,并分析其缺陷的基础上,对课题组原搭建的实验台架进行了重新设计与改造,并在新实验台架上以理论分析结合实验研究的方法对高速公路绿篱修剪机的重要组成部分——刀架部件进行了设计和研究,具体的研究工作为:(1)在调研和理论研究的基础上,结合实验的方法,最终选用修剪机的刀具为圆锯片形式,为下一步刀架的设计奠定了基础;通过二次回归通用旋转组合实验的方法对影响修剪效果的三因素,枝条直径、车行速度和刀盘转速进行了分析,并对不同枝条直径在修剪机预想车行速度下对刀盘转速进行了合理的选择。其次,对圆锯片的振动情况进行了分析。运用模态分析研究了临界转速和切割速度的关系,给出了三种夹盘直径下锯片临界转速的范围。得出了当前采用的夹盘直径下圆锯片的切割转速是满足要求的。(2)在分析了当前绿篱修剪机刀架部分无法满足实际需要的原因,以及刀架修剪中需要的功能。针对问题的所在,根据我国高速公路绿化带标准和特点,运用机械设计的基本原理和方法,结合Pro/e软件设计出了具有“劈浪”功能的刀架。对刀具支架机构进行静力学分析时,验证了刀架在强度和刚度上都满足工作需要。(3)分析了圆锯片在切割过程中的受力情况,结合实验室设备设计了实验台架,对枝条切割过程中圆锯片的受力进行了测量。对测量结果分析得到:①在定刀把圆锯片分成的不同区域里对同一类直径枝条进行切割时,Fx和Fy的最大值基本上是保持不变的。②随着行进速度的增加,切割力Fx和Fy均在增大。③枝条在横排切割时,相互之间基本上是一个独立的过程,多根横排切割只是单根切割的一个重复过程。枝条竖排切割的过程中进给方向的受力Fx增长速率要比垂直进给方向受力Fy的增长要快,但是多根枝条并排切割时切割力并不是一个倍数增加的体现,Fx的大小快速增加,接近但小于倍数增长的关系,Fy则是一个缓慢增长的过程。(4)疲劳破坏的判断。运用Ansys对圆锯片进行耦合分析,并利用Anays通用后处理中Fatigue模块对模型进行疲劳计算。得出在当前实验条件下圆锯片转速为3000r/min,行进速度为9.3km/h的工况下,圆锯片对直径在30mm-40mm的枝条切割时,圆锯片出现疲劳破坏,疲劳破坏系数为6.207×10-7,即当单个刀盘切割第四类枝条数达到1.611084×106根时,疲劳破坏系数累积值为1,圆锯片将出现崩刃或断裂现象。9.3km/h的行进速度,合理匹配刀盘转速的情况下,圆锯片对第一类到第三类枝条切割时不会出现疲劳破坏现象,锯片的失效只是一个正常磨损的过程。