大果苗挖掘移栽機的設(shè)計【植樹苗挖坑機移栽機】【含SW三維3D建模及7張CAD圖紙】

大果苗挖掘移栽機的設(shè)計【植樹苗挖坑機移栽機】【含SW三維3D建模及7張CAD圖紙】,植樹苗挖坑機移栽機,含SW三維3D建模及7張CAD圖紙,大果苗,挖掘,移栽,設(shè)計,植樹,挖坑,SW,三維,建模,CAD,圖紙 畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查記錄表 年 4 月 19 日 學生姓名 班級 課題名稱 大果苗挖掘移栽機的設(shè)計 課題完成進度（學生自述） 通過一段時間的努力，本課題已經(jīng)基本完成三分之二，其中包括對大果苗挖掘移栽機的整體設(shè)計，畫出了三維圖，并畫出了一些二維零件圖。在這過程中遇到了很多問題，不過在郭文松老師的指導(dǎo)下，許多問題得到了解決。 存在的問題及整改措施（學生自述） 1. 對大果苗挖掘移栽機的整體設(shè)計還不夠完善，細節(jié)沒做好，一些零件與零件的裝配方法不太對。整改措施回去查看資料，使整體設(shè)計的細節(jié)更好，裝配方法合理。 2. 一些零件圖的尺寸標注不合理或不太完善，回去標注完整。 指導(dǎo)教師意見（課題進展情況、優(yōu)缺點、整改措施等） 指導(dǎo)教師簽名 2016年 4 月19 日 學院意見 負責人簽名 2016年 4月 20 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 學院 機械電氣化工程學院 班級 學生姓名 學號 課題名稱 大果苗挖掘移栽機的設(shè)計 起止時間 年10月 15 日—— 年 6 月 2 日（共 14 周） 指導(dǎo)教師 職稱 講師 課題內(nèi)容 一.工程概況 本文首先介紹了切土鏟的原理，對切土鏟進行了分析，根據(jù)現(xiàn)實生活中的工作環(huán)境，進行對切土鏟形狀進一步的細化，接著對切，設(shè)計液壓缸的尺寸，首先對液壓土鏟的工作阻力進行了簡單的什么。然后重點是對液壓缸的設(shè)計，根據(jù)工作中所需要的力的大小缸的內(nèi)徑尺寸設(shè)計，然后對缸筒壁厚和外徑尺寸設(shè)計，最后對活塞桿設(shè)計，并進行了校核。 二.任務(wù)要求 查閱文獻了解當?shù)氐沫h(huán)境、氣候等條件，了解大果苗的種類，各種打果苗的根系，生長條件等。并且還有當?shù)乜疾齑蠊绲纳L環(huán)境，如土質(zhì)條件，株距，果苗的直徑，高度等。 三.可行性分析 通過畫圖，三維，受力，強度等分析，可以完成。 四.重點研究的、關(guān)鍵的問題 研究當?shù)卮蠊缟L的環(huán)境，挖掘移栽機的靈活性，挖掘出的土球大小、形狀，移栽質(zhì)量。 五.設(shè)計成果包括設(shè)計說明書和圖紙。 1.設(shè)計說明書 （1） 設(shè)計概況。 （2） 結(jié)構(gòu)設(shè)計說明。 2. 圖紙 （1) 二維零件圖七張以上。 （2) 總裝配圖一張。 擬定工作進度（以周為單位） 第一周：查閱相關(guān)資料、熟悉本次設(shè)計課題內(nèi)容，了解挖掘移栽機的優(yōu)缺點。 第二-三周：根據(jù)查閱相關(guān)的資料，擬定挖掘移栽機的總體方案，并撰寫開題報告。 第四—九周：分析大果苗挖掘移栽機的設(shè)計要求，完成設(shè)計，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。 第十周：改進設(shè)計的不足，修改不合理的地方，完善設(shè)計及作圖的要求。 第十一周：撰寫畢業(yè)論文，修改設(shè)計中存在的問題。 第十三-十四周：編寫答辯提綱，準備答辯。 主要參考文獻 [1]趙德金,郭艷玲,李志鵬,周杰. 小型液壓挖樹機的設(shè)計與研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學. 2014,42(19):6448-6451. [2]顧正平,沈瑞珍.樹木栽植與養(yǎng)護機械發(fā)展概況[J].世界林業(yè)研究,2005,18（4）:40-44. [3]于建國,屈錦衛(wèi).國內(nèi)外挖坑機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機化研究, 2006（12）:38-41. [4]宋代平,王正祥, 張云秀,等.生態(tài)植樹機發(fā)展綜述[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備,2004,32（4）:4-6. [5]賀漫媚,楊偉兒, 張喬松.我國大樹移植的現(xiàn)狀與對策[J].廣州園林,2006,28（2）:29-34. [6]李耀明,陳航,徐立章.林木移栽機鏟刀臂的有限元分析與結(jié)構(gòu)改進[J].工業(yè)設(shè)計學報,2007,14(5):378-382. [7]張英彥,顧正平.直鏟式樹木移植機下鏟阻力的探討[J].北京林業(yè)大學學報,1988(2):38-45. [8]顧正平,張英彥.模型鏟預(yù)測樹木移植機下鏟阻力的研究[J].林業(yè)科學,1988,24（2）:185-194. 任務(wù)下達人（簽字） 2015 年 10 月 12 日 任務(wù)接受人意見 任務(wù)接受人簽名 蔣慶峰 2015 年 10 月 15 日 注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達人為指導(dǎo)教師。 2、此任務(wù)書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。 3、此任務(wù)書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。 前言 本設(shè)計的大果苗挖掘移栽機，用于挖掘直徑在8-10cm的較大樹木，挖掘土球直徑為50cm，土球高度為40cm。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有：切土鏟、切土桶、液壓缸、機架。 1.機架：一個固定十字架機架，兩活動機架分別通過兩垂直轉(zhuǎn)軸從兩側(cè)與固定機架鉸接，相鄰固定機架和活動機架分別與開閉油缸的缸體和活塞軸連接。 2.切土鏟：本設(shè)計為圓鏟，表面有一定光滑度，經(jīng)過淬火處理，有一定的硬度和韌性。 3.切土桶：本設(shè)計中桶刃有一定角度。 4.液壓缸：本設(shè)計總共設(shè)計了三組液壓缸，包括開合液壓缸，鏟土液壓缸和升降液壓缸，分別實現(xiàn)開合、下鏟和升降的功能。 本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、機動靈活、作業(yè)效率高。 關(guān)鍵詞：大果苗挖掘移栽機；鏟刀；液壓缸 目 錄 1概述 1 1.1 課題研究的目的 1 1.2研究的意義 1 1.3國內(nèi)研究的現(xiàn)狀 1 1.4國外研究現(xiàn)狀 2 1.5 機械化移栽目前存在的主要問題 2 2具體方案 3 2.1 設(shè)計要求 3 2.2 方案 3 3挖樹機構(gòu)設(shè)計 4 3.1工作鏟 4 3.2 鍬鏟的設(shè)計 4 3.3鍬鏟的工作阻力 6 4液壓系統(tǒng)的設(shè)計 7 4.1液壓缸的設(shè)計計算? 8 5技術(shù)經(jīng)濟性分析 15 總 結(jié) 16 致 謝 17 參考文獻 18 工程概況 本文首先介紹了切土鏟的原理，對切土鏟進行了分析，根據(jù)現(xiàn)實生活中的工作環(huán)境，進行對切土鏟形狀進一步的細化，接著對切，設(shè)計液壓缸的尺寸，首先對液壓土鏟的工作阻力進行了簡單的什么。然后重點是對液壓缸的設(shè)計，根據(jù)工作中所需要的力的大小缸的內(nèi)徑尺寸設(shè)計，然后對缸筒壁厚和外徑尺寸設(shè)計，最后對活塞桿設(shè)計，并進行了校核。 經(jīng)過本次論文的相關(guān)設(shè)計，我想出了用近似圓形鏟再加上桶型鏟，可以很好的對樹木進行挖掘，土球的形狀就很規(guī)范，近似的像桶一樣，在移栽的時候也很方便，這就是我的新想法。 1概述 1.1 課題研究的目的 果苗在移栽的過程中采用傳統(tǒng)的人工移栽的方法時，勞動力大，強度高，生產(chǎn)效率低、費工費時；機器的靈活性低，適應(yīng)性差，實用性差，能耗高，效率較低等問題。而要實現(xiàn)由傳統(tǒng)移栽技術(shù)向現(xiàn)代移栽技術(shù)的轉(zhuǎn)換，就應(yīng)該解決這些問題。要考慮各地的不同環(huán)境，不同氣候等條件，也就是因地制宜，去大力發(fā)展現(xiàn)代移栽技術(shù)，使移栽過程中機械化。機械化過程中就的解決勞動力多，強度大，生產(chǎn)效率低等問題，同時也要考慮使產(chǎn)品盡可能成本低，操作方便，質(zhì)量好等。因此，目的就是有助于農(nóng)村城市化，大大降低勞動強度，提高農(nóng)民素質(zhì)和生活質(zhì)量實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。 1.2研究的意義 我國作為一個傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)一直是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)。現(xiàn)今我國的第二、三產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。但是，無論經(jīng)濟結(jié)構(gòu)怎樣變化，農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)地位是不可能改變的。生態(tài)果業(yè)移栽技術(shù)步入機械化是發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的主要內(nèi)容，適合地區(qū)生產(chǎn)科技含量不高，不能滿足果業(yè)生產(chǎn)的要求，因此在如此的大好趨勢下發(fā)展大果苗挖掘移栽機是非常重要的意義。 1.3國內(nèi)研究的現(xiàn)狀 國內(nèi)對農(nóng)作物的機械化育苗移栽技術(shù)的研究早在20世紀50年代未60年代初就已經(jīng)開始。近年來由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，為移栽機具的發(fā)展提供了很好的發(fā)展前景。樹木移植機種類很多，具體分類方法如果按挖掘鏟的形狀可分為直鏟式、弧形鏟式、U 形鏟和半圓球形鏟。按照鏟的數(shù)量可分為兩鏟式、三鏟式、四鏟式和六鏟式。樹木移植機研究工作大約在20世紀70年代末期， 20世紀80年代北京林業(yè)大學顧正平和張英彥對樹木移植機進行了試驗研究。 我國從在 20世紀 60 年代開始研制移栽機，初期主要用來移栽棉花和玉米等作物，我國在這方面的研究起步晚，技術(shù)進步緩慢，目前整體技術(shù)水平還比較低。植樹造林方面的機械也是很少，我國于 1953 年開始引進移栽植樹機，在東北地區(qū)西部營造防護林。為了適應(yīng)沙區(qū)防風固沙植樹造林的要求，國家不斷投資科研經(jīng)費來研制植樹機，2001 年研制成功的深栽造林鉆孔機在我國西部、尤其是在干旱和半干旱地區(qū)植樹具有廣闊和特殊的應(yīng)用前景。2001 年填補我國機械化造林空白的新型液壓植樹機（JYZ-80）在內(nèi)蒙古達拉特旗白土梁林場研制成功并批量投入生產(chǎn)。這種植樹機由履帶式拖拉機牽引，采用液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)耕深，開溝深度隨意調(diào)節(jié)，最大開溝深度為 80cm，主要適用于沙區(qū)、荒漠地區(qū)栽植帶根苗、扦插苗、沙柳等。 北京林業(yè)大學顧正平和張英彥20世紀80年代末通過對樹木移植機的研究并導(dǎo)出了模型鏟下鏟阻力的經(jīng)驗公式。1987年由北京林業(yè)大學研制的4YS－80型懸掛式樹木移植機于1987年9月12日在北京通過鑒定。這種機具有4個組合型的鏟刀，能與鐵牛－55和東方紅－75配套使用。內(nèi)蒙古赤峰亞美非生態(tài)科技發(fā)展有限公司最新研制的由23.205kW（30PS）以上挖掘機作為動力，通過液壓系統(tǒng)控制機械動作挖樹機。江蘇省豐壘果蔬特種機械研制有限公司研制的豐壘牌4YS系列挖樹機。該系列機械主要用于林木移栽過程中根球的挖取，裝桶或淘汰林木的采伐更新，也可用于林木移植，還可挖樹坑，栽樹，裝車。山東曲阜匯眾機械設(shè)備有限公司等企業(yè)生產(chǎn)的便攜式斷根移植挖樹機。 1.4國外研究現(xiàn)狀 上世紀 50 年代開始，歐洲國家研制出不同結(jié)構(gòu)形式 的半自動移栽機和制缽機；到了 1970 年至 1980 年，半自動移栽機在前蘇聯(lián)、歐美等農(nóng)業(yè)較發(fā)達的國家和地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，使制缽、育苗、移栽技術(shù)有機結(jié)合。目前，國外的移栽技術(shù)已基本成熟，移栽后的農(nóng)作物達到農(nóng)藝要求，工作可靠性也較高。歐美一些農(nóng)業(yè)較發(fā)達的 國家，如美國、荷蘭、德國、法國等國家，大部分的蔬菜生產(chǎn)和幾乎全部的大地花卉生產(chǎn)都 采用育苗移栽種植模式和生產(chǎn)工藝。日本在 20 世紀 80 年代，90％的甜菜已實現(xiàn)移栽種植， 移栽機自動化程度較高。從移栽機的工作過程看，這些農(nóng)業(yè)機械水平較高的國家多采用缽體 苗半自動移栽機械，作業(yè)過程中采用人工喂苗，并根據(jù)作業(yè)對象的不同通過更換或調(diào)節(jié)栽植 器來實現(xiàn)機械移栽，擴大機械移栽的作業(yè)范圍，提高其通用性。 制造樹木移植機械的公司有美國Big－John公司，加拿大HoltTreeSpades公司，加拿大LemarTreeSpades公司，加拿大的DutchmanIndustries公司，德國的Optimal公司，還有荷蘭的Damcon公司，另外俄羅斯和日本也制造了先進的樹木移植機械 。 美國Big-John公司生產(chǎn)研究大樹移植機已有35年的歷史，產(chǎn)品有車載式、汽車拖車式、輪式前懸掛式；還配備臨時存放帶土球大樹的漏斗。加拿大HoltTreeSpades公司1957年開始制造了第一臺樹木移植機。這臺樹木移植機是人力操作的四鏟式，最大能挖掘直徑為30cm土球。荷蘭Damcon公司制造的樹木移植機種類也較多，有半圓筒立鏟式挖樹機，還有球面鏟刀式樹木移植機，加拿大的DutchmanIndustries制造了很多系列樹木移植機，可與拖拉機、裝載機、滑移裝載機以及汽車配套使用。 德國的Optimal公司制造樹木移植機械已經(jīng)有四十多年的歷史了，能挖掘土球直徑36～250cm，主要制造與裝載機汽車滑移裝載機配套使用的樹木移植機械。加拿大LemarTreeSpades公司制造三鏟和四鏟多種系列的和裝載機以及滑移裝載機配套使用的樹木移植機。 1.5 機械化移栽目前存在的主要問題 通過在樹木移植過程中的長期實踐，列樹木的成活機里和移植技術(shù)要領(lǐng)等進行了研究與總結(jié)。 1.5.1 移栽前應(yīng)考慮的因素 基本原理：①近似生境。實踐證明，若移植后的生境近似于原生生境，則移植的成活率較高，移植在近似生境中的樹木期生長情況往往能恢復(fù)到原生生境狀態(tài)。樹木的生長環(huán)境主要包括溫度、光照、水分等小氣候條件和土壤條件等，如果把處于不同生境中的樹木進行移植，光度、溫度、濕度、及土壤等任一條件發(fā)生變化，其樹木的植株生長就會受到影響或發(fā)生差異，有的甚至枯萎死亡，所以定植地的土壤條件進行判定或測試，根據(jù)檢測結(jié)果改善定植地的土壤生境條件，以提高樹木移植的成活率。樹木移植近似生境的原理一定程度上也是樹木移植宜近不宜遠、適地適樹實踐經(jīng)驗。②樹勢平衡。樹木移植時，樹木的地上部分和地下部分須保持平衡，樹木移植如對根系造成傷害，就必須根據(jù)其根系分布情況，對地上部分進行修剪，使地上部分和地下部分的生長情況基本保持平衡。閃為供給根系發(fā)育的營養(yǎng)物質(zhì)主要來副阻上部分，對枝葉修剪過多不但會影響樹木的景觀，也會影響根系的生長發(fā)育，所以在移植樹木時必須慎重考慮枝葉和根系的去留權(quán)衡問題，盡量使地上部分和地下部分保持平衡。如地上部分所留比鍘超過地下部允昕留比例，則須通過人工養(yǎng)護彌補這種不平衡。 1.5.2 移栽過程中的注意事項 挖掘：在樹木移植前，應(yīng)根土壤的干濕情況進行澆水，以防挖掘后因土壤過于而使土球松散或樹木脫水，以樹干為中心，沿外緣挖掘土球，土球的大小應(yīng)為移植樹木胸徑的7-8倍，土球的厚度不小于土球直徑的2/3，特別有要求的樹木，其土球規(guī)格可適當放大，挖掘時首先應(yīng)鏟除表層土，沿土球外沿開挖60-80cm寬的操作溝，遇到直徑超過2cm的根系應(yīng)剪斷或鋸斷，但不可用鐵鍬斬斷，以防震裂土球，挖到一定深度后，將士球四周的土進行修削，上大下心，肩部圓滑，形狀規(guī)整，同時挖掘過程中應(yīng)對樹木進行適當疏枝與修剪。 土壤的選擇和處理：要選擇通氣、透水性好，有保水保肥能力，土內(nèi)水、肥、氣、熱狀況協(xié)調(diào)的土壤。經(jīng)多年實踐，用泥沙拌黃土(3:1為佳)作為移栽后的定植用土比較好，它有三大好處，—是與樹根有“親和力”。在栽培大樹時，根部與土往往有無法壓實的空隙，經(jīng)雨水的侵蝕，泥沙拌黃土易與樹根貼實；二是通氣性好。能增高地溫，促進根系的萌芽，三是排水性能好。雨季能迅速排掉多余的積水。遭水漚，造成根部死亡，旱季澆水能迅速吸收、擴散。 2具體方案 2.1 設(shè)計要求 本設(shè)計的樹木挖載機主要用于大果苗的挖掘、切根處理和移栽。挖掘土球直徑不大于500mm的樹木，切根與挖掘可同時進行，移栽挖大小同樣的坑后將挖掘來的樹木栽入。要求土球光滑不毛，機器體積小、效率高。 2.2 方案 本設(shè)計為一種液壓系統(tǒng)大果苗挖掘移栽機，屬于園林機械技術(shù)領(lǐng)域。 該機包括固定機架，還包括兩個活動機架，兩活動機架分別通過兩銷軸從兩側(cè)與固定機架鉸接，相鄰固定機架和活動機架分別與開閉油缸的缸體和活塞軸連接，挖掘時，機具就位后，分別啟動各機架上圓形鏟升降油缸，使直鏟向下運動，插入土壤中至預(yù)定位置即可。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、機動靈活、作業(yè)效率高，適用于苗圃、林場、園林、公路、街道等場所的樹坑挖掘、中小樹木帶土起挖移栽、短距離樹木運輸，亦可用于伐木后的樹根挖掘作業(yè)等。如下圖所示： 圖2-1 大果苗挖掘移栽機 本設(shè)計為一鏟一桶式樹木移栽機。動力系統(tǒng)為液壓傳動。 主要技術(shù)參數(shù)： 主機功率8.82kw，土球直徑50cm,土球高度45cm,工作裝置提升重量800kg,單株起苗時間180s/棵。 3挖樹機構(gòu)設(shè)計 3.1工作鏟 工作鏟是樹木移栽機進行挖樹作業(yè)的主要工作部件。工作鏟的形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)決定了移栽機的總體設(shè)計，對挖掘時的能量消耗也有極大的影響。樹木移栽機中采用兩類工作鏟，第一類是切土鏟，它是用一種在土壤中沿斜方向低速運動的斜面切削土壤及樹木的根系底部，苗圃中的起苗機、及U形鏟挖樹機和彎鏟挖樹機即利用這種工作部件；第二類是切土桶，它可以簡化為作直線低速運動的有刃口的薄片，桶式移栽機就是利用這種工作部件切削土壤及樹木的根系。 工作鏟的形狀和尺寸首先是由林業(yè)技術(shù)要求決定的。用于園林綠化的樹種不同，其根系生長狀況不一樣。在栽植時，為了保證成活率，移植具有不同根系特點的樹木，對根部土球的尺寸也有不同的要求。 工作鏟加工的對象是土壤，還有生長在土壤中的樹木根系，因此加工介質(zhì)的特性對工作鏟的性能影響很大。對一個切削刃口而言，土壤中根系的分布規(guī)律是不確定的，而且工作部件主要地還是和土壤產(chǎn)生相互作用，因此了解土壤的物理特性和工作部件切削土壤的原理，對工作鏟的設(shè)計有著重要的意義。 3.2 鍬鏟的設(shè)計 （1）鍬鏟切土原理 鍬鏟是一種曲面或球面工作組件。它由鏟柄和鏟刀兩部分組成。如圖3-1所示，鏟刀開有側(cè)刃口。在軸向推力作用下，鍬鏟靠兩側(cè)刃的作用切入土壤。當?shù)度星虚_土壤時，鍬鏟使土體分離，由于鏟刀刃面得作用使刃口側(cè)面的土壤產(chǎn)生向下和一側(cè)兩個方向的復(fù)合運動。由刃面作用使土壤使土壤產(chǎn)生向下的位移，并使下層土體產(chǎn)生壓實；而刃面使土壤向一側(cè)的推移可以看成一個薄的垂直刃口在土壤中運動。鏟刀下鏟過程中刀刃使土壤產(chǎn)生的側(cè)向位移較小，該位移量僅被該側(cè)的土壤層所吸收，使該側(cè)土壤被壓實。這就是說鍬鏟的入土運動使其下方和一側(cè)的土壤產(chǎn)生壓實現(xiàn)象，這部分土壤就對整個刃面產(chǎn)生法向壓應(yīng)力。 隨著鏟刀繼續(xù)切入土壤，在鏟刀刃的作用下，其一側(cè)的受壓土壤在其彈性恢復(fù)力的作用下，繼續(xù)施加在鏟體的相應(yīng)側(cè)力。由于作用力與反作用力的影響，鏟體兩側(cè)都受到彈性恢復(fù)力的作用。 圖3-1 切土鏟 鏟刀刀刃在切削土壤時不僅分離土體，還切斷根系、碎石及磚塊等，下鏟時的阻力稱為切削阻力?？紤]到樹木移栽機鏟刀的工作速度都比較低，因此忽略慣性力的影響。 （2）鍬鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計 鍬鏟的類型：圓形鏟。 圓形鏟是一種球面鏟、縱截平面與鏟工作面的結(jié)交線是曲線，橫截平面與鏟工作面的截交線也是曲線。移栽機挖樹機構(gòu)鏟組閉合時呈空心橢圓球體。這種鏟的工作面較復(fù)雜，制造時要用特制的工藝裝備。于這種鍬鏟相配的導(dǎo)軌為曲線形，其制造工藝也較復(fù)雜，這種工作鏟一般配置在導(dǎo)軌的外面。對同一規(guī)格的土球而言，若圓形鏟在彎導(dǎo)軌上移動的行程與菱形鏟在直導(dǎo)軌上移動的距離相等，則圓形鏟所走的直線長度較小；因此，這種挖樹機構(gòu)的外形尺寸較小，而鏟組所包容的土球體積比菱形鏟大，保留的樹木根系多，對移栽后樹木的生長有利，這種形式的鍬鏟用于挖掘大樹或株行距較小的苗木。 生產(chǎn)上使用的樹木移栽機配置有1把鍬鏟。挖樹機構(gòu)的鍬鏟數(shù)目主要與鍬鏟的挖掘阻力有關(guān)。鍬鏟式工作部件的挖坑阻力與鏟面的投影弧長，傾斜角為β，鏟的厚度，挖掘深度，鏟刀的表面狀況，挖掘速度及土壤、根系特點等多種因素有關(guān)。前四項是影響挖掘阻力的鏟刀結(jié)構(gòu)參數(shù)。對一定尺寸的土球而言，鏟數(shù)越少則一個鏟刀的投影弧長越大，單鏟的切削阻力就越大。 鍬鏟的結(jié)構(gòu)參數(shù) 鏟刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括工作面長度L，曲率半徑(縱向)、(橫向)、傾斜安裝角δ。他們與要求的樹木帶根土球的尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用條件有關(guān)。菱形鏟的結(jié)構(gòu)參數(shù)與土球尺寸的關(guān)系。其中鏟面長L應(yīng)滿足下列關(guān)系。 (3-1) 式中：H—土球高度； δ—鏟刀安裝角; L的實際長度可在結(jié)構(gòu)設(shè)計時確定。鏟刀的傾角直接影響挖掘機構(gòu)的外形尺寸，因此在保證土球尺寸和總體布置的同時應(yīng)盡量取最大值。鍬鏟的曲率半徑R2按下式?jīng)Q定： (3-2) 式中：D—土球直徑; 圓形鏟的結(jié)構(gòu)參數(shù)及確定參數(shù)依據(jù)。該挖樹機構(gòu)所挖土球直徑φ=500mm，高度H=450mm。設(shè)計了三種縱向曲率半徑的鍬鏟：R=1200mm、1500mm、2000mm。在用這三種鍬鏟作挖樹機構(gòu)機動示意圖時發(fā)現(xiàn)：R=2000m時，鍬鏟傾斜太大，機構(gòu)的徑向尺寸較大，不利于在株行距較小的苗圃中作業(yè)，而且鏟柄也與微調(diào)機構(gòu)干涉；采用曲率半徑R=1200mm的鍬鏟，導(dǎo)軌上部又距鏟組中心太近，當布置了鏟油缸以后，鍬鏟組的中部空間太小，若苗木枝葉茂盛，挖樹機構(gòu)會對它造成損傷。因此，最后決定采用縱向曲率半徑R=1500mm的鍬鏟。鍬鏟的其他參數(shù)也可按菱形鏟的方法確定。曲率半徑可按下式?jīng)Q定： (3-3) 這時鍬鏟工作面為球形。這種工作鏟制造較簡單。R2也可不等于R，這時的工作面為橢圓球面的一部分，但制造較復(fù)雜。 3.3鍬鏟的工作阻力 鍬鏟的下鏟阻力是進行動力配套、液壓系統(tǒng)設(shè)計和鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)。下面以菱形鏟為例，說明鍬鏟的阻力及其影響因素。 影響下鏟阻力的九個力分別為：土壤重力、土壤的靜止惻向壓力、土壤一鏟刀體表面的摩擦和附著力、鏟刀兩側(cè)刀刃的純切削阻力、土壤作用在鏟刀刃面上的法向反力、土壤一鏟刀刃面的摩擦力、鏟刀體推移土壤所引起的土壤附加法向壓力以及土壤對鏟刀體的支反力。 一些研究者采用土壤一機器系統(tǒng)力學中常用的半經(jīng)驗法，以相似理論為基礎(chǔ)的模型試驗建立計算下鏟阻力經(jīng)驗公式為： (3-4) 式中 :X—鏟刀下鏟位移量（m）； —土壤容重()； C—土壤內(nèi)聚力(Pa)； β—鏟刀體圍角的半徑(度); 上式的試驗取值范圍為：β=30°-60°，C/ρ0=0.385-1.37m。 分析表明鏟刀體厚度直接影響到對下鏟阻力影響較大的土壤附加法向壓應(yīng)力及土壤對鏟刀刃的法向壓應(yīng)力。為減小下鏟阻力值，必須盡量減小鏟刀體的厚度。采用適當?shù)姆椒蓽p小土壤與鏟刀體的摩擦和粘附，如提高鏟刀體表面的光潔度，在鏟刀表面涂敷憎水薄膜，以改變鏟刀體表面的親水性；采用電滲現(xiàn)象等。此外下鏟時對鏟刀澆水增加鏟面潤滑，也可達到減小下鏟阻力的目的。 4液壓系統(tǒng)的設(shè)計 現(xiàn)在生產(chǎn)上使用的樹木移栽機都采用液壓傳動。設(shè)計簡單可靠的液壓系統(tǒng)，是保證移栽機正常工作的必要前提之一。液壓系統(tǒng)設(shè)計是在分析移栽機各部件和裝置的運動、工作特點及上作阻力計算的基礎(chǔ)上進行的。 （一）挖掘移栽機的工作特點 樹木移栽機挖掘帶根樹木是在各有關(guān)部件和裝置協(xié)同動作下完成的。在前面已說明樹木移栽機的工作過程。樹木移栽機的主要工作特點是： (1)移動作業(yè)：樹木移栽機必須開到苗圃地或待移栽的樹木前實施挖掘作業(yè)，其作業(yè)地點是不斷變動的。 (2)順序動作：在挖樹時樹木移栽機要完成下列動作：挖樹機構(gòu)直立（具有縱向傾斜機構(gòu)的移栽機才有此動作），挖樹機構(gòu)下降，鍬鏟打開，鍬鏟閉合，鍬鏟鎖緊，調(diào)平墊使導(dǎo)軌架水平，穩(wěn)定器撐開，鍬鏟依次鏟入土中，挖樹機構(gòu)上升，穩(wěn)定器收回，挖樹機構(gòu)傾倒在車底板上。樹木移栽機在向栽植坑植樹時要完成下列動作：挖樹機構(gòu)直立，挖樹機構(gòu)下降，穩(wěn)定器撐開，鍬鏟按順序提升，挖樹機構(gòu)提升，鍬鏟閉合，，挖樹機構(gòu)傾倒在車廂底板上。這些動作都是順序進行的，在同一時間內(nèi)沒有兩個動作同時進行。僅在需要加抉工作速度時，可以同時進行，但對工作沒有影響。 (3)工作部件和各動作的執(zhí)行元件呈空間分布，即在移栽機的上、下、左，右等各部位都要布置傳動部件，尤其是工作鏟呈環(huán)形布置時。 (4)有些部件運動的行程長，如2ZS-100樹木移栽機的鏟刀移動量達97cm．大約翰樹木移栽機鏟刀行程達160cm，但它們運動速度不高，對運動的精度要求不高。本設(shè)計中升降缸的行程達到800mm，鏟土油缸的行程達到500mm。 (5)各工作部件和裝置的工作載荷不一致。其中以鍬鏟的下鏟阻力最大如20T一50型起苗機的單鏟下鏟阻力為15kN，2ZS-100型樹木移栽機的下鏟阻力為30kN，其次是提升時的重力載荷。由于這時要將挖樹機構(gòu)和挖出的樹木及帶根士球一道提升，重力載荷達10～20kN，有些裝置的工作載荷則很小如鍬鏟開合機構(gòu)、調(diào)平墊等。 (6)間歇作業(yè)：樹木移栽機挖完一棵樹以后要由配套的運載工具將樹運到栽植點或運送到地邊指定點，由其它運輸工具集中轉(zhuǎn)運。這時，動力傳動裝置停止工作。只有樹木移栽機到達栽植點后，或在進行下一輪作業(yè)時傳動裝置才又開始工作。 (7)每一工作循環(huán)的時期短：如2ZS-IOO型樹木移栽機挖一棵樹的純作業(yè)時間只要l min。本設(shè)計中要求為60 s/顆。 （二）液壓傳動的優(yōu)點 根據(jù)樹木移栽機的工作特點，它的傳動方式應(yīng)采用液壓傳動。液壓傳動有如下優(yōu)點： (1)易于大幅度減速，從而獲得較大的力或力矩，并能實現(xiàn)較大范圍的無級變速，使傳動簡化。 (2)易實現(xiàn)直線往復(fù)運動，以直接驅(qū)動各工作裝置。各液壓元件之間可用管路連接，安裝位置自由度多，使于機械總體布置。 (3)能容量大，較小重量和尺寸的液壓件可傳遞較大的功率。 (4)液壓元件的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，而且液壓油具有一定的吸振能力，所以液壓系統(tǒng)的慣量小、啟動快、工作平穩(wěn)、適合于頻繁、快速而無沖擊地啟動、變速與換向。 (5)液壓系統(tǒng)易于實現(xiàn)安全保護，且較機械傳動操作簡便、省力。 （三）樹木移栽機的液壓系統(tǒng)特點 從工作特點及結(jié)構(gòu)來看，樹木移栽機采用液壓傳動不但是必須的，而且是可能的。移栽機作業(yè)的順序性，間歇性，每一工{乍循環(huán)短等特點都有利于使用簡單、可靠的液壓系統(tǒng)。本設(shè)計中才用液壓系統(tǒng)，下面說明其特點： 本設(shè)計的樹木移栽機采用東方紅-7 5拖拉機液壓系統(tǒng)的升降油泵：CB—46型齒輪泵為動力裝置，操縱元件為多路換向閥及順序潤，執(zhí)行元件為5個液壓油缸。油箱也是采用拖拉機液壓系統(tǒng)的油箱。液壓系統(tǒng)的主要特點足： （1）采用單泵定量系統(tǒng) 這是由于各油缸順序動作，且工作速度不高，一個齒輪泵的流量就能滿足要求。在主回路上設(shè)置溢流閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。 (2) 采用溢流閥卸荷：本系統(tǒng)未設(shè)計專門的卸荷回路，這是為了使系統(tǒng)盡量簡單。當各執(zhí)行元件完成了指定動作后，可以將動力分離，使油泵停止工作，若由于工作需要，不能停止油泵工作，從油泵壓出的油可經(jīng)溢流閥卸荷。這種卸荷方式會導(dǎo)致油液的發(fā)熱，所以這種狀況不能持續(xù)太長，也不能經(jīng)常采用這一方式。 4.1液壓缸的設(shè)計計算? 作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能去驅(qū)動主機的工作機構(gòu)做功。由于液壓缸使用場合與條件的千差萬別，除了從現(xiàn)有標準產(chǎn)品系列選型外，往往需要根據(jù)具體使用場合自行進行設(shè)計。 4.1.1設(shè)計內(nèi)容 液壓缸的設(shè)計是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中的一部分，它通常是在對整個系統(tǒng)進行工況分析所后進行的。其設(shè)計內(nèi)容為確定各組成部分（缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、排氣裝置等）的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、材料及相關(guān)技術(shù)要求等。 4.1.2液壓缸的類型 液壓缸的輸入是液體的流量和壓力，輸出的是力和直線速速，液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性好，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個部門。為了滿足各種不同類型機械的各種要求，液壓缸具有多種不同的類型。本次設(shè)計選擇單活塞桿液壓缸。 4.1.3液壓平臺的運動與負載分析? 液壓平臺的運動方式主要是實現(xiàn)各個液壓缸的上升和下降，但在上升和下降過程中在起升階段會有一段的加速運動，等到加速到所要求的速度時，平臺將實現(xiàn)一段的勻速運動，隨后減速停止。 4.1.4液壓缸的設(shè)計計算與選取 液壓平臺上升工況的最大負載。 液壓缸的機械效率:。 液壓缸的工作壓力由表4-1可知。 表4-1 不同負載條件下的工作壓力 負載F/KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力p/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 4.1.5液壓缸缸筒的設(shè)計和計算 1、液壓缸內(nèi)徑D的計算 由公式 （4-1） （；；；） 解得。 根據(jù)表3-2可知，圓整成標準值后，得液壓缸內(nèi)徑D=80mm。 表3-2 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列mm（GB/T 2348-93） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 （280） 320 （360） 400 （450） 500 2.缸筒壁厚和外徑計算 本設(shè)計的內(nèi)徑D為80mm,查液壓設(shè)計手冊液壓缸的外徑為95mm,缸壁的厚度為7.5mm。一般按正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強度，但為安全起見我們還要進行校核。 由于D=80mm，外徑=95mm，則，可按第一強度理論，即按照薄壁圓筒的中徑公式計算，則有 （4-2） 式中---缸筒壁厚；　 ---缸筒內(nèi)徑；　　 ---缸筒試驗壓力，液壓缸的額定壓力時的，額定壓力時的； ---材料許用應(yīng)力； 為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù),,這里取。選用45號鋼，并且調(diào)質(zhì)，查閱《工程力學》劉靜香著可知45號鋼的抗拉強度，現(xiàn)取，故： （4-3） 由于液壓缸的工作壓力,故取 所以 （4-4） 因為7.5m<0.8mm，故強度足夠。 4.1.6活塞桿的設(shè)計與計算 活塞桿是液壓缸專遞動力的主要零部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。 1、活塞桿直徑的計算 根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=0.3～0.5D。 受壓力作用時：? P＜5MPa時，d=0.5～0.55D? 5MPa＜P＜7MPa時，d=0.6～0.7D P>7MPa時，d=0.7D 因為P=1.5MPa，D=0.066858mm，故d=0.036771mm 根據(jù)下表可知活塞桿直徑d=40mm 表3-3活塞桿直徑系列mm（GB/T 2348-93） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 -- -- -- -- 2、 活塞桿強度校核 （1）按強度條件校核 由公式 （4-5） 式中 d---活塞桿的直徑； F---活塞桿上的作用力； ---活塞桿材料許用應(yīng)力，，為材料的抗拉強度，為安全系數(shù)，一般取； 由45號鋼的許用應(yīng)力， 得 ，而，故活塞桿強度符合要求。 （2） 按彎曲穩(wěn)定性校核 當活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點之間的距離時，應(yīng)進行穩(wěn)定性校核。 按材料力學理論，當一根受壓直桿的軸向載荷超過臨界受壓載荷時，即可能失去原有直線狀態(tài)的平衡，稱為失穩(wěn)，其穩(wěn)定條件為 （4-6） 式中---液壓缸的最大推力； ---液壓缸的臨界受壓載荷； ---穩(wěn)定安全系數(shù)，一般?。? 液壓缸臨界受壓載荷與活塞桿和缸體的材料、長度、剛度以及兩端支撐狀況有關(guān)。的相關(guān)計算如下： 由公式 （4-7） 式中 ---活塞桿的計算長度； ---端點安裝形式系數(shù)，兩端固定，故； E---材料的彈性模量，鋼材的 ； J---活塞桿的橫截面轉(zhuǎn)動慣量，實心桿的； 而，， 故， 而（當取4時）， 故活塞桿彎曲穩(wěn)定性符合要求。 4.1.7最小導(dǎo)向長度H的確定 當活塞桿全部伸出時，從活塞支撐面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過短。將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計時必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。對于一般液壓缸，最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式要求： （4-8） 式中 L---最大工作行程； D---缸筒內(nèi)徑； 圖4-1 尺寸設(shè)計 液壓缸工作行程的確定： 升降液壓缸的最大升起高度為1.5m?，依據(jù)表3-4選取液壓缸工作行程為：800mm?。 表3-4液壓缸活塞行程參數(shù)系列mm（GB/T 2348-80） 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 -- 故L=0.8m,D=0.08m,代入公式 得： 活塞寬度B的計算： （4-9） 取。 導(dǎo)向套滑動面的長度A,由公式 (4-10) 由前面的數(shù)據(jù)可知，，故取 取。 中隔圈K的長度C: 由公式,得：。 液壓缸如下圖 圖4-2 升降液壓缸 該液壓缸有活塞桿（1）、防塵圈（2）、活塞桿密封（3）、活塞桿導(dǎo)向環(huán)（4)、前端蓋（5）、缸筒（6）、活塞前緩沖（7）、活塞（8）、活塞密封（9）、螺桿止動銷（10）、后緩沖套（11）、后缸蓋（12）、排氣塞（13）。 根據(jù)設(shè)計要求，液壓系統(tǒng)圖如4-3所示： 圖4-3 液壓原理圖 開合液壓缸，主要技術(shù)參數(shù)： 缸徑φ40，桿徑φ25，行程100mm，工作壓力0.5MPa。 圖4-4 開合液壓原理圖 切土桶液壓缸，主要技術(shù)參數(shù)： 缸徑φ80，桿徑φ30，行程800mm，工作壓力10MPa。 圖4-5 切土桶液壓原理圖 5.技術(shù)經(jīng)濟性分析 1．一般企業(yè)引進樹木移栽機，功能性很強，但經(jīng)濟成本較高，很多場合下，很多功能和高精度都浪費了，形成經(jīng)濟損失。 2．本設(shè)計的機構(gòu)構(gòu)成比較簡單可行，制造成本不高，摒棄了照搬照抄國外設(shè)計，不具體問題具體分析的弊端，避免盲目選擇高精度、高性能、高價格的先進元件和設(shè)備，從而導(dǎo)致很多功能根本用不著，“大材小用”，造成資源浪費的老設(shè)計“套路”和老方法。本設(shè)計在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量使結(jié)構(gòu)簡單化，使成本大為降低，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟性。 3．本設(shè)計的動力系統(tǒng)為液壓，而拖拉機本身有自帶液壓系統(tǒng)，可以通過外接的方式，實現(xiàn)功能，具有很好的經(jīng)濟效益。 18 總結(jié) 通過兩個多月來的資料收集，分析、整理，草圖創(chuàng)意、方案修改、確定，設(shè)計論述的撰寫，到現(xiàn)在基本上完成了所有畢業(yè)設(shè)計的項目——這個漫長的過程，當然是辛苦的，不過，從個人角度來說，這個更是我大學本科四年一次對自己專業(yè)能力的總結(jié)和升華，當我看到自己所設(shè)計的模型制作出來的時候那種震撼，真的感慨萬千…… 這是一次綜合學習機械設(shè)計、液壓設(shè)計等設(shè)計的設(shè)計過程。我了解和掌握了常用機械零部件、機械傳動和簡單機械設(shè)計過程和進行方法，同時培養(yǎng)了在正確的設(shè)計思想和分析問題解決問題的能力，特別是整體設(shè)計和零部件設(shè)計的能力及運用solidworks和CAD繪圖，學到了很多知識。這為我們將來的發(fā)展提供了更多的機會。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我深深地體會到嚴謹、認真、仔細、有耐心是一個機械工程設(shè)計人員必須具備的素質(zhì)。 目前，此項作業(yè)基本依靠人工完成，勞動強度大、效率低。雖然在移栽過程中，人們也創(chuàng)造了諸如杠桿、吊索之類的臨時性簡單機械，但至今尚無定型的專用設(shè)備。樹木移栽機的出現(xiàn)，解決了樹木移栽的主要問題，特別是珍貴樹木的移栽，起了非常大的作用。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、機動靈活、作業(yè)效率高，適用于苗圃、林場、園林、公路、街道等場所的樹坑挖掘、中小樹木帶土起挖移栽、短距離樹木運輸。 在本次的設(shè)計中，主要對大果苗移栽的對升降機構(gòu)、挖樹機構(gòu)、和液壓傳動裝置的設(shè)計。從整體上著眼了樹木移栽機功能的實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的緊湊和經(jīng)濟的實用性。 由于水平有限及所學知識無限，在設(shè)計中難免有不少錯誤和不足之處，還請老師們批評指正。 致謝 本次設(shè)計是在我的導(dǎo)師郭文松老師的指導(dǎo)下完成的，從最初我對本次設(shè)計的不了解到能夠整體把握再到比較順利的完成本次設(shè)計，這一步一步的走來，其中都包含了郭老師耐心的指引和教導(dǎo)。通過本次設(shè)計，我從宏觀上把握了樹木移栽機的發(fā)展趨勢和結(jié)構(gòu)的設(shè)計，加深了以往學習的專業(yè)知識。同樣在本次設(shè)計中郭老師始終踐行著“授人以魚，不如授之以漁”的原則，他經(jīng)常教導(dǎo)我們遇到問題先自己解決，解決不了的再找老師一起討論。這種學習模式的大大提高了學習的自主能動性。在此，我向郭老師表示我最誠摯的謝意。 其次，我要感謝大學四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學習期間對我的嚴格要求，感謝他們對我學習上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。 另外，我還要感謝大學四年和我一起走過的同學朋友對我的關(guān)心與支持，與他們一起學習、生活，讓我在大學期間生活的很充實，給我留下了很多難忘的回憶。 最后，衷心的感謝機械電氣化工程學院的每位老師，謝謝你們在學習上、生活中給予我的關(guān)心與支持。我要感謝我的父母對我的關(guān)系和理解，如果沒有他們在我的學習生涯中的無私奉獻和默默支持，我將無法順利完成今天的學業(yè)。 參考文獻 [1]趙德金,郭艷玲,李志鵬,周杰. 小型液壓挖樹機的設(shè)計與研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學. 2014,42(19):6448-6451. 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