草坪剪草机械的发展和对策

2004 年 1 月 农 机 化 研 究 第 1 期 - 48 - 草坪剪草机械的发展和对策 谢可军，苗香雯，崔绍荣 （浙江大学 农业生物环境工程研究所，浙江 杭州 310029 ） 摘 要 草坪业的迅猛发展带动了草坪剪草机械市场的繁荣。为此综述了剪草机械的发展历史、市场需求和剪草技术等方面的内容，并提出草坪剪草机械存在的问题和发展策略。 关键词 畜牧学；剪草机械；综述；分类；剪草技术；策略 中图分类号 S817 文献标识码 A 文章编号 1003 188 X(200 4 )01 00 48 04 随着经济的发展和社会的进步 , 人们对生存环境的要求越来越高。草坪绿化已成为衡量一个国家、地区或城市文明与发展程度的一个重要指标，在美化环境、固土护坡、净化空气等方面已成为人类的共识，在生态环境建设和保护方面将扮演着越来越重要的角色 1,2 。 草坪业的迅猛发展即将成为世界农业经济特别是旅游资源的重要组成部分，并将带动一系列产业的兴起。美国无疑是当今世界草坪业最发达的国家之一。自 20 世纪 60 年代以来，草坪业作为美国的新兴产业以 18 % 的年增长率递增，到 20 世纪 80 年代中期， 全美来自草坪公司的税收每年高达 28 亿美元 3 。我国的草坪业发展自 20 世纪 80 年代才起步，在 90 年代后期发展迅速，到 2000 年为止，全国已建成各类草坪 3 亿 m 2 以上，经营草业的公司有 5000多家，草坪业从业人员 20 多万人，总产值超过 100亿元，而且规模呈逐年扩大趋势。 草坪业的发展必然促进草坪机械的应用和发展。修剪是草坪区别于其它一些植物的特殊要求，草坪业的迅猛发展，意味着草坪剪草机械的大量需求，了解草坪剪草机械的发展历史、存在的问题和发展趋势等，对我国草坪剪草机械的发展无疑是十分有意义的。 1 草坪剪草机 械的发展和需求 1.1 草坪剪草机械的发展历史和我国的现状 19 世纪中叶，大部分的草坪还在使用镰刀来割草或放牧牛羊来保持草地的整齐性 4 。随着高尔夫球、网球及足球等运动的兴起，保持完善的草地做运动场便成为当务之急。 英国人 Edwin Budding 利用旋转式机械工作的原理发明了滚刀式剪草机，该产品的问世在英国受到了广泛的欢迎，随后传入美国。 1868 年，美国第一台剪草机取得专利，美国的草坪业也由此起步。不过几年，便有 37 项有关剪草机的发明获得专利。到 l881 年，总共有 4 万多台剪草机被生产和销售 5 。最 初的剪草机均为人力驱动； 1890 年，在英国开始设计有动力驱动的剪草机，从最初的蒸汽动力驱动发展到小型内燃机动力驱动； 1909 年，美国科学家Leoni 取得了动力型机械式剪草机专利，尽管剪草机由汽油机驱动 , 但整个装置仍由马拉行走。 在草坪修剪机械发展的历史上，第二次世界大战是一个转折点。在 20 世纪 30 年代前后，每年生产的各类剪草机数量约 3 万台左右。战后，美国经济得到复兴，允许现役军人低价买房不付现金，大批建设房屋并出售，促使草坪修剪机械得到迅速发展，生产量急剧上升， 1947 年达 36 万台， 1974 年达 700 万台。 20 世纪 70 年代后期开始 , 剪草机的市场销售量逐渐趋向饱和，但每年仍保持在 500 万600 万台的销量 6 。 剪草机在数量增加的同时，其性能也在不断改进。 1950 年，美国第一台无线电操纵的剪草机诞生；1978 年， Clarence Noke 研制出了一种可进行草坪修剪编程的剪草机 7 ； 20 世纪 80 年代，一些新的 草坪设备又投放市场，如 Mulching mower ， Shredder,Lawn dethatcher,String trimmer 等， 以及清洁草坪用的Blower,Lawn vacuum,Lawn swe eper 6 。到了 80 年代后期， string trimmer 被认为是一件普通的家庭用具 8 。 我国生产剪草机起步较晚，生产企业规模普遍较小，产品用途单一，品种数量少，远不能满足要求，而且质量与发达国家的相比也有很大差距。所以长期以来，草坪剪草机多以进口为主，主要来自日本、美国、意大利和瑞典等国。据统计， 1999 年 收稿日期 2003 - 06 - 02 作者简介 谢可军 （ 1973 - ）， 男 ，浙江大学博士研究生， 研究方向为植物环境与能源工程 。 2004 年 1 月 农 机 化 研 究 第 1 期 - 49 - 的剪草机销售量在 3 万台左右，其中 80% 为进口；2000 年我国各类草坪机械保有量达 13 余万台，剪草机进口量在 3.16 万台左右；近两年，草坪机械平均年增长率达到 30% 左右，国内每年草坪机械的销售总额 大约为 1.2 亿 1.3 亿元人民币，其中从国外进口的机械占 85% ，国内自行生产的产品占 15%左右，其合计销量约在 1 万台左右 9 。 1.2 国内草坪剪草机械的需求估算 无论是按城市人均应有的草坪面积来计算，还是按种草草坪面积和国家有关部门的规划来预测，我国草坪剪草机的需求量巨大 10,11 。据不完全统计，在全国 500 个城市 66 万 hm 2 绿地面积中，草坪占 18万 hm 2 ，现今我国多数城市人均草地面积约 1m 2 ，与发达国家相比有着较大的差距，多数城市加大了绿化程度。近年，我国草坪业的年增长率高达 30% 40% ；按国 家建设部规定， 2005 年后城市建设区人均公共绿地面积要达到 8m 2 ，按草地面积一般占绿地面积的 30% 推算，今后 3 年至少需植草坪 18 多万hm 2 ，每年约需剪草机 18 万台。随着人们对环境保护、固土防沙意识的日益增强，退耕还草政策的进一步实行，剪草机市场容量将成倍增长。 2 草坪剪草机械的分类 2.1 草坪剪草机的分类 剪草机械按动力划分可以分为机动和人推的两类。按动力又分为柴油机、汽油机和电动机 3 类驱动。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的剪草机械，如牧场的割草机；按剪草时刀片运动的方式可分 为滚刀式、旋刀式和剪切式 3 种；按切割器形状可分为旋刀式、滚刀式、往复割刀式和甩刀式等；按驾驶形式分类，可分为推动式 ( 步行式 ) 、自行式、坐骑式 ( 驾乘式 ) ；按配套动力和作业方式分为手推式、手扶推行式、手扶自行式、驾乘式、拖拉机式等。剪草机的剪草幅宽一般为 400 1000mm ，剪草高度从 15 100mm 有几个调节挡位 12 ， 13 。 2.2 常见几种剪草机械剪草原理 (1) 滚刀式剪草机。其由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。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，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切而将草茎剪断。滚刀式剪草机剪草的质量取决于滚刀上刀片数和滚刀的转速，滚刀上刀片数越多，单位长度行进中切割的次数就越多，切下的草也越细，滚刀的刀片数一般为 3 12 片不等；滚刀的转速越高，切下的草也越细。滚刀式剪草机是高质量草坪最常用的剪草机型，适用于草高 3 80mm 的草坪，其价格贵，维修保养要求严格。 (2) 旋刀式剪草机 ( 又称悬刀式 ) 。它是由横向悬挂在直立轴上的刀片高速旋转打切草的上部叶片。其工作装置为一长条形剪草刀或多把剪草刀在水平刀盘上，高速旋转的刀刃与草茎碰撞而将其割断，为无支承 切割。刀刃的后面是类风叶形状，在高速旋转下，对地面形成一定的真空将草茎吹成直立状态，便于切割并与罩壳相结合，形成涡流将割下的碎草送入集草装置或从罩壳出口喷出洒到草坪，适于 25 80mm 范围内剪草，它的价格相对低廉，保养、维修和使用都很方便，是国内外目前最流行的剪草机。 (3) 甩刀式剪草机。其切割装置由多把垂直于地面的刀片铰接在旋转组成的旋转轴上，当高速旋转时，在离心力作用下，其刀片像垂直于轴芯的甩刀，端部刀刃不断地冲击切割草茎。由于刀片与刀轴或刀盘为铰接，当碰到坚硬冲击不断的物体时可以避让而不致损坏机器。 (4) 甩绳式剪草机。其工作装置是由一个内装尼龙绳的打草盘、背向人的护罩组成。当打草盘高速旋转时，露在外面的尼龙绳在离心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞击草茎而切割断草。由于尼龙绳是柔性的，其撞击障碍物时退让，不会损坏机器本身，也不会对障碍物有较大的破坏。 3 草坪剪草机的修剪技术 杂草对草坪的生长和美观是很不利的。据报导，美国全部牧场每年可生产 100 亿美元的牧草和饲料，但杂草却导致了 20 亿美元的损失 16,17 。草坪通过修剪，不仅可以阻止草坪草的抽穗、开花、结果，还可以有效地阻止杂草的生长和病虫害的 发生。了解草坪修剪的一些技术，对草坪剪草机械的设计、使用、维护等方面都是十分重要的。 3.1 影响剪草效率的因素和剪草前的注意事项 影响剪草效率的主要因素是：草地的平整程度、草的高度、草的种类等。剪草机在不同类型的草坪上剪草的结果表明：草地平整，草的高度在 300mm以下，柔质草且无混杂草的草坪，剪草机剪草效率高，机械发生故障少，剪出的表面平整美观；反之，剪草机在工作过程中所遇阻力大，剪草效率大大降低，且机械故障多，刀片易损坏折断。 剪草前应先检查剪草机械刀片是否损坏，螺母、螺栓的紧固情况，轮胎压力情况；检 查机油情况；加足汽油。对于装备启电动装置的剪草机，在第一次使用前，应对电池进行至少 12 h 的充电；剪草前2004 年 1 月 农 机 化 研 究 第 1 期 - 50 - 应清除草坪上的木棍、石头、瓦块、铁丝等杂物。对于固定设施，如喷灌管埋头等，应作好标志，以防损坏刀片。在剪草前，应测量草坪的高度，将剪草机调整到合理的剪草高度；刚浇过水、下过大雨或者霉雨季节等，潮湿的草地最好不要剪草；不得在坡度大于 15 的地方采用推行式或自走式剪草机修剪草坪。 草屑的处置是剪草过程中的一个比较严重的问题。据报导：一块 1m 2 的草坪每年可修剪掉近 1.48kg重的“尾巴”。常规做法是修剪物装入垃圾 袋，然后运到垃圾场，结果草坪修剪物占去垃圾堆放场宝贵的空间。现在，美国的威斯康星州、密歇根、明尼苏达等各州纷纷立法禁止将草坪修剪物倾倒在垃圾场 18 。一般情况下，剪草机在剪草时都附带有草屑收集器，便于将草屑收集运出草坪外处理。如草屑较长，应将草屑收集运走作堆肥处理，否则不仅破坏草坪的外观，而且还容易诱发草坪病害，甚至造成局部草坪草的死亡；如果草屑很短，可以考虑不带收集器，让草屑铺在草坪上，这些短小的草屑落到土表不会影响草坪的美观，它们迅速分解，残渣的积留是很小的。研究证明，草坪能从其草屑中获得所需氮素的 2 5% 40% 19,20 。 3.2 剪草机械的选择 剪草机的选择要根据草坪要求的修剪质量、草坪草种、修剪高度、配套动力、地形地貌及剪草机的幅宽等因素确定。无论选用何种剪草机，都应保证剪草机的刀片始终锋利。因为刀片锋利，草坪草的修剪伤口能迅速愈合，病菌浸染的机会少，同时伤口不留白茬，景观效果也好。如地面相对平坦的运动场草坪，对于整体质量要求很高，草要求剪得很低，可选择滚刀式剪草机；对于一般的绿化景观的草坪，草坪质量要求不很高，草的高度一般要求在 2.5 cm 以上，可选择旋刀式剪草机；对于公路两侧和河堤的绿地 ，地面不平，剪草周期长，草被剪高度单次可超过 20 cm ，草坪质量要求较低，宜采用甩刀式剪草机；对于草坪的边缘和角落，作业区域有障碍物，如草坪上的绿篱和树木等，其它剪草机由于其本身结构尺寸的限制而难以到达的地点的剪草，可选择甩绳式剪草机；对于不平整及坡地作业，可采用无行走轮的气垫 ( 悬浮 ) 式割草机。总之，选择的总原则是在达到修剪草坪质量的前提下，选择经济实用的机型。 4 草坪剪草机械存在的问题和发展策略 由于剪草机械多在人口稠密的地区作业，流动性大，对机械的震动、噪音、废气排放、质量等指标要求较高。现在的剪草机 多使用内燃机作动力，排气污染量相对于汽车的较少，但其噪声危害却很大，进口机型只有德国产品有噪声测试指标的要求。我国目前对剪草机的噪音限定，还没有相应的标准推荐，只好借助于其它标准： GB3096 82 规定城市工业集中区白天噪声不应大于 65dB(A) ，劳动部门规定长期在高分贝噪声环境下工作，每增加一个数量级噪声（大于 3dB(A) 以上）时连续工作时间应减半。 美国 EPA( 美国环境保护局 ) 及欧盟对割草机等用发动机的排放均有相应的法规；德国还出台了控制噪声污染的兰色天使法规；欧洲一些城市推出过引导性计划，通过税收 优惠及奖励等措施鼓励“绿色经营者”以加速环保技术的发展 14 。 目前，国内现有制造厂家大多配用进口发动机，其他大部分零配件则自行生产。据业内人士介绍，国产发动机主要因噪音和油耗太大使很多用户不愿使用；其次，在外形、整机的结构、性能等方面与国外的产品都有一定差距。如连续工作能力较差；连接不牢固，零部件之间容易断裂；有的割草机作业不整齐，修剪后的草皮高低不平；剪草机外观不漂亮，影响用户的购买欲；种类太少，形成不了规模；最为重要的一点是，国产剪草机械的价格虽比进口产品低，但在价格上与进口剪草机械没能拉开一个档次 。 根据国内外市场发展需要和本行业的发展思路，建议优先发展的技术如下： (1) 突出研究作为核心技术的发动机。作为核心部分的发动机大多采用进口产品，其成本就与进口机的成本一样，甚至因关税等原因，成本还比进口发动机成本高，这在一定程度上削弱了采用进口发动机的国产剪草机与进口剪草机的价格竞争优势，限制了国内产品的进一步开发和发展。其次，要提高整机性能的研究，只有良好的整机性才能最终赢得顾客。 (2) 剪草机必须符合当今人类对环境保护方面的需求，应不断地采用先进技术 ( 如液压技术、电控操纵、气动技术等 ) 使之成为低噪 声、低排放、操纵便捷、舒适。采用液压、电力或气动驱动，是环保型剪草机械及设施开发的途径之一，是世界剪草机新的发展趋势。如 Pottcrson 公司设计开发利用PTO( 取力器 ) 驱动液压系统的新型剪草机，以及采用高效率低噪音液压系统来驱动刀片的“快速拆卸”旋转式剪草机 15 ；常州、宁波等地已有采用小型电机作动力驱动的剪草机产品试销，但还没有解决好专用电机设计、电缆的卷绕、电机控制及过载安全2004 年 1 月 农 机 化 研 究 第 1 期 - 51 - 保护等问题。 (3) 分析国外先进产品和市场，结合剪草机需求的具体条件，充分发挥自身技术特点和人力资源的优势。如南通纵横国际股 份有限公司充分利用企业在机械加工方面的优势和市场网络优势，生产除发动机以外的零部件，几乎全部以裸机形式 ( 不带发动机、不贴商标 ) 出口美国、南美。其次，充分利用原有的厂房设备，适当地进行技术改造进行一定规模的生产。如洛阳小型拖拉机 生产企业向草坪剪草机生产的转型便是一个成功的范例 10 。 (4) 改变营销观念，从产品设计开始到提供优质的售后服务等方面出发，树立自己的品牌。从产品设计开始，就要进行市场调研，广泛吸收用户意见；其次，提供优质的售后服务，也是赢得用户的重要手段。可以在全国各地设立售后服务中心，为用户及 时提供服务，用户也可以直接与厂家沟通。 总之，我国剪草机行业的迅速发展势在必行，对于国产草坪机械来说，应该抓住中国草坪业快速发展的机遇，不断开发新产品，占据国内市场，最终打入国际市场，为我国出口创汇准备条件。 参 考 文 献 1 Daniels W H. The thinking manslawnJ .Rodales Organic Garde ning,1986,54(3):18 - 23 . 2 Allen M.The nitty-gritty of lawn careJ . Saturday Evening Post,1990,262(7 - 8):66 - 67 . 3 Burnett J.The dangers of lawn careJ .Rodales Org anic Gardening,1987,34(11):24 - 32 . 4 陈国兰 . 园林机械的历史 J. 城建机械设备 , 1992,(3) : 21 - 23. 5 Mills C B . First Lawns:O.M. Scott and SonsM. New York :Princeton University Press,1961 . 6 Ferrara M.Walk-Behind MowersJ .Organic Gard- ening,1989,36(4):79 - 86 . 7 Langdon D.InventorJ .People,1978,88(5):103 . 8 Nesbitt S.Trimmers and brushcuttersJ .Flower and Gardens,1988,(8 - 9):56 . 9 耳 边 . 草坪机械市场印象 J. 农机市场 ,2002, ( 5) : 9 - 20 . 10 张建周 , 赵宏敏 . 小拖生产企业转型方向探讨适时介入草坪剪草机领域 J. 山东农机 , 2002, (7) : 3 - 4 . 11 刘 静 . 我国剪草机市场的现状和发展趋势 J.拖拉机与农用运输车 , 2001,(6) : 8 - 9 . 12 张俊虎 . 园林绿化机械的应用及发展前景 J. 山西林业科技 , 2001,(B12) : 17 - 19 . 13 陈秋全 . 草坪机具现状与发展 J. 农机与食品机械 , 1995 ,( 2 ): 8 9 . 14 徐元德 . 环保型园林机械及设施的开发 J . 建筑机械化 , 200 0,(5): 5 6 . 15 马国恺 . Nunes 制造旋转式剪草机的最佳液压回路 J . 建设机械技术与管理 , 1992,5(5) : 44 . 16 Pimentel D. Habitat factors in new pestinvasions C .In:Kim, K ,C , McPheron,B.A.(Ed s.),Evolution of Insect Pests-Patterns of Va riation. New York: Wiley,1993 . 17 Pimentel D., NeNair S., Janecka J., et al.Economic and environmental threats of alienplant, animal,and microbe invasionsJ .Agriculture, Ecosystem & Environment,2001,84(1):1 - 20 . 18 Anonymous.The green way to a green yardJ .Con-