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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
小型果樹移栽機(jī)及其鏟斗組件的仿真分析
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
指導(dǎo)教師
日 期 2012.6
xx大學(xué)教務(wù)處制
29
前 言
果業(yè)發(fā)展是人類生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，一個(gè)能夠持續(xù)發(fā)展的果業(yè)應(yīng)該是一個(gè)既能滿足當(dāng)前需要又不危后繼需求的產(chǎn)業(yè)。因而，隨著世界性果業(yè)日益發(fā)展，節(jié)約成本和尋找新移植植方式就擺在了人們的面前。
我國幅員遼闊，具有豐富的土地資源和良好的開發(fā)基礎(chǔ)。隨著科技的進(jìn)步，人們生活水平的提高，對果品的消費(fèi)需求呈增長趨勢。因此發(fā)展果業(yè)勢在必行。
棗業(yè)是果業(yè)中的一種，在南疆一帶種植廣泛，但是移栽效率低，我國的移栽技術(shù)剛剛處于起步試驗(yàn)階段，目前仍以人工移栽為主。人工移栽難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模種栽植，從而導(dǎo)致生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)效益低，不利于移栽技術(shù)的推廣。從長遠(yuǎn)來看，機(jī)械化移栽可以實(shí)現(xiàn)育苗移栽一體化。現(xiàn)階段我國移栽技術(shù)發(fā)展極不平衡。我國針對不同的果樹及其它作物分別研制了相應(yīng)的栽植機(jī)，由于栽植作業(yè)質(zhì)量與農(nóng)藝要求還有一定差距，未能大面積推廣。隨著林果業(yè)種植面積和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，在有人工作業(yè)方式使用，已不能滿足林果產(chǎn)業(yè)化的步伐。我國在引進(jìn)國外技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)自己的產(chǎn)品，以緩解勞動(dòng)力緊張和提高生產(chǎn)效率。因此棗樹移栽機(jī)的發(fā)展已成為棗樹移栽的趨勢。
目錄
1.緒論 1
1.1課題研究的目的和意義 1
2.機(jī)械化移栽目前存在的問題 2
2.1移栽前應(yīng)考慮的因素 2
2.2移栽過程中應(yīng)該注意的事項(xiàng) 3
2.3移栽后的管理與維護(hù) 3
3.設(shè)計(jì)方案的選擇 3
3.1方案一 3
3.2方案二 4
3.3方案三 6
3.4方案四 7
4.總體方案的確定 8
5.小型果樹移栽機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9
5.1鏟斗組件的設(shè)計(jì) 9
5.2開合機(jī)架的設(shè)計(jì) 9
5.3提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
5.4提升架的設(shè)計(jì) 10
5.5液壓裝置 10
6.小型果樹移栽機(jī)的工作過程 10
7.挖樹機(jī)構(gòu)鏟斗的有限元分析 10
7.1案例一 10
7.2案例二 14
7.3案例三 17
7.4案例四 19
7.5案例五 21
8.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 23
8.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的作用 23
8.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 23
8.3液壓基本回路圖 23
8.4液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 24
8.5液壓泵 24
8.5.1液壓泵的基本原理 24
8.5.2液壓泵的工作特點(diǎn) 24
8.6液壓缸 25
8.6.1液壓缸的結(jié)構(gòu) 25
9.技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 25
10.結(jié)論 25
致謝 27
參考文獻(xiàn) 28 1.緒論
1.1課題研究的目的和意義
果樹在栽植過程中都是沿用傳統(tǒng)的人工栽植的方法，傳統(tǒng)栽植法勞動(dòng)力大、強(qiáng)度大，機(jī)器的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性低，能耗高、效率較低等問題。要實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)栽植技術(shù)向現(xiàn)代栽植技術(shù)的轉(zhuǎn)變。需因地制宜，大力發(fā)展果樹栽植機(jī)械化。為了充分利用資源減少自然災(zāi)害，爭取高產(chǎn)，機(jī)械化移栽是有效途徑。這樣可以解決人工栽植過程中的栽植勞動(dòng)強(qiáng)度大，所需勞動(dòng)力較多，產(chǎn)品粗大笨重，成本高、效率低，質(zhì)量難以保證的問題。紅棗種植過程機(jī)械化程度的提高，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，大量解放勞動(dòng)生產(chǎn)力向二三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，有助于農(nóng)村城市化、工業(yè)化，對提高農(nóng)民素質(zhì)和生活質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要的作用。紅棗生產(chǎn)中的移栽是果樹撫育機(jī)械之一，是實(shí)現(xiàn)棗業(yè)全程機(jī)械化的一個(gè)重要一環(huán)。因此移栽機(jī)研究的目的毋庸置疑。
生態(tài)果業(yè)機(jī)械化發(fā)展已經(jīng)步入新的歷史起點(diǎn)，生態(tài)果業(yè)機(jī)械化作為發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的主要內(nèi)和主要標(biāo)志，適合地區(qū)生產(chǎn)需要的栽植機(jī)植種類較少、單一，科技含量不高，不能滿足果業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的要求。因此在此大好的趨勢之下發(fā)展小型果樹移栽機(jī)是非常有意義的。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析[1]
國內(nèi)對農(nóng)作物的機(jī)械化育苗移栽技術(shù)的研究早在20世紀(jì)50年代未60年代初就已經(jīng)開始。由于沒有突破育苗移栽機(jī)械化過程中的技術(shù)難題，使這一技術(shù)擱淺。
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(jī)具的發(fā)展提供了很好的發(fā)展前景，20世紀(jì)80年代以后近年來由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，移栽機(jī)具發(fā)展迅速，從不到l 000臺(tái)上升到將近8 000臺(tái)。東北等大型農(nóng)場多采用工廠化營養(yǎng)缽苗和機(jī)械化栽植技術(shù)，總體水平相對較高。
我國長期以來，樹苗移植一直沿用傳統(tǒng)的手工勞動(dòng)方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。由于果樹移植面積的增加和農(nóng)村勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移，移栽技術(shù)落后、效率低已成為果樹增產(chǎn)的制約因素，果樹移栽自動(dòng)化和機(jī)械化已成為農(nóng)民越來越迫切的要求。與水稻、玉米、小麥生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展速度相比，果樹移栽機(jī)械化的發(fā)展速度比較緩慢。這種狀況與當(dāng)前加快實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的形式要求不適應(yīng)。有關(guān)資料顯示，美國、法國、英國和日本等國在自動(dòng)移栽機(jī)的研制方面均取得了很大的成績。我國從在20世紀(jì)60年代開始研制移栽機(jī)，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(jìn)步緩慢，目前整體技術(shù)水平還比較低。植樹造林方面的機(jī)械也是很少，我國于1953年開始引進(jìn)移栽植樹機(jī)，在東北地區(qū)西部營造防護(hù)林。1960年開始設(shè)計(jì)和制造拖拉機(jī)牽引式半自動(dòng)投苗植樹機(jī)。為了適應(yīng)沙區(qū)防風(fēng)固沙植樹造林的要求，國家不斷投資科研經(jīng)費(fèi)來研制植樹機(jī)，2001年研制成功的深栽造林鉆孔機(jī)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(bǔ)我國機(jī)械化造林空白的新型液壓植樹機(jī)（JYZ-80）在內(nèi)蒙古達(dá)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(jī)由履帶式拖拉機(jī)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。
我國的移栽技術(shù)剛剛處于起步試驗(yàn)階段，目前仍以人工移栽為主。人工移栽難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模種栽植，從而導(dǎo)致生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)效益低，不利于移栽技術(shù)的推廣。從長遠(yuǎn)來看，機(jī)械化移栽可以實(shí)現(xiàn)育苗移栽一體化?，F(xiàn)階段我國移栽技術(shù)發(fā)展極不平衡。我國針對不同的果樹及其它作物分別研制了相應(yīng)的移栽機(jī)，由于移栽作業(yè)質(zhì)量與農(nóng)藝要求還有一定差距，未能大面積推廣。隨著林果業(yè)種植面積和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，在有人工作業(yè)方式使用，已不能滿足林果產(chǎn)業(yè)化的步伐。我國在引進(jìn)國外技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)自己的產(chǎn)品，以緩解勞動(dòng)力緊張和提高生產(chǎn)效率。在我國，果樹的栽植具有季節(jié)性和區(qū)域性特點(diǎn)，機(jī)具作業(yè)時(shí)間短，單一性能機(jī)具的年使率降低，因此在今后的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量考慮一機(jī)多用的問題。具體要改進(jìn)的措施：一是研制適用不同的土壤條件和工作條件的機(jī)具；二是設(shè)計(jì)通用機(jī)架，在更換其他工作部件后即可完成其他果樹林作業(yè)項(xiàng)目，提高其使用率和互換性；三是要考慮人機(jī)的工程學(xué)原理，要讓人舒服，健康的工作，提高安全性能。現(xiàn)在我們國家的移栽技術(shù)還不夠成熟，好多還是借鑒他國的，單一的機(jī)械不能通用到其他地區(qū)的工作，有待機(jī)械多樣性，不僅能夠適用種植果樹苗還要適用其他的樹種，更要發(fā)展到植樹造林的機(jī)械上一樣可以通用。種種的原因、地理位置及技術(shù)條件證明我們加大力度發(fā)展機(jī)械化勢在必行。
世界上移栽技術(shù)發(fā)展較早的發(fā)達(dá)國家和地區(qū)主要是歐美和日本等國，該技術(shù)在早期主要應(yīng)用于蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物的移栽，隨后逐步用于玉米等糧食作物的移栽。早在上世紀(jì)20 年代初期就開展了缽苗移栽的生產(chǎn)工藝研究，研制出結(jié)構(gòu)簡單的秧苗移栽機(jī)具，在一定程度上減輕了人工移栽勞動(dòng)強(qiáng)度；到1930年代出現(xiàn)手工喂苗的移栽機(jī)械，移栽技術(shù)得到實(shí)質(zhì)性發(fā)展，使秧苗送入溝中這一過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。上世紀(jì)50 年代開始，歐洲國家研制出不同結(jié)構(gòu)形式的半自動(dòng)移栽機(jī)和制缽機(jī)；到了1970年至1980年，半自動(dòng)移栽機(jī)在前蘇聯(lián)、歐美等農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)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(jī)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(dá)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(dá)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(jì)80 年代，90％的甜菜已實(shí)現(xiàn)移栽種植，移栽機(jī)自動(dòng)化程度較高。從移栽機(jī)的工作過程看，這些農(nóng)業(yè)機(jī)械水平較高的國家多采用缽體苗半自動(dòng)移栽機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)械移栽，擴(kuò)大機(jī)械移栽的作業(yè)范圍，提高其通用性。
2.機(jī)械化移栽目前存在的問題
2.1移栽前應(yīng)考慮的因素
通過在樹木移植過程中的長期實(shí)踐，列樹木的成活機(jī)里和移植技術(shù)要領(lǐng)等進(jìn)行了研究與總結(jié)。
①移植近似生境原理。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(jìn)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(huì)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(jìn)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(yuǎn)、適地適樹實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
②樹勢平衡原理。樹木移植時(shí)，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(jìn)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(huì)影響樹木的景觀，也會(huì)影響根系的生長發(fā)育，所以在移植樹木時(shí)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(hù)彌補(bǔ)這種不平衡。
基本條件：
①季節(jié)適時(shí)。移植樹木的成功率高低在很大程度上取決于移植樹木季節(jié)的選擇，而考慮適時(shí)選擇主要是因?yàn)榇藭r(shí)樹木的生理代謝較易得到平衡。一般情況下，常綠樹移植選擇在春季，即3月下旬至5月上旬。這段時(shí)期氣溫回升，雨量充足，光照適中，常綠樹在此期問枝葉、根系處于生理生長發(fā)育期，移植受損的傷口能及時(shí)產(chǎn)生愈合組織，即新芽新根能在短期內(nèi)得到恢復(fù)或修復(fù)。落葉樹—般則選擇在秋冬季，即樹木落葉后到發(fā)芽前。因此時(shí)樹木處于休眠期，而落葉樹大多數(shù)季相明顯，移植時(shí)都以保持全冠為宜，所以相對春季選擇秋冬季更為妥當(dāng)，但具體時(shí)間的選擇還需根據(jù)樹木的習(xí)性和物候特點(diǎn)來確定。適時(shí)選擇樹木的移植時(shí)間是建立在樹勢平衡這個(gè)基本原理之上的。
②斷根縮坨。從樹木薪防；代謝括動(dòng)的生理危度來看，樹木移植經(jīng)過挖掘、搬運(yùn)、再種植，其根系大量受損，樹木的水分和有機(jī)物質(zhì)大量消耗，這就打破了地上部分和地下部分的平衡，因?yàn)榫S持樹木地上部分枝葉平衡主要依靠地下部分的根系來供給養(yǎng)分，而根系則主要通過大量的毛根和須根來完成，所以毛須根的數(shù)量和生理質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。鏘決樹木移植中確保毛須根完整的有效辦法就是采用科學(xué)的傳統(tǒng)技法—斷根縮坨，也稱同根法，盤根法，—般在樹木移植前1-3年通過挖溝斷根、對根徑lcm以上的粗根進(jìn)行環(huán)狀剝皮、覆士等步驟來完成對樹木的斷根縮坨處理，斷根是提高移植樹木成活率的核心因素之一。
2.2移栽過程中應(yīng)該注意的事項(xiàng)[2]
在樹木移植前，應(yīng)根土壤的干濕情況進(jìn)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(dāng)放大，遇到直徑超過2cm的根系應(yīng)剪斷或鋸斷，但不可用鐵鍬斬?cái)啵苑勒鹆淹燎?，挖到一定深度后，將士球四周的土進(jìn)行修削，上大下心，肩部圓滑，形狀規(guī)整，同時(shí)挖掘過程中應(yīng)對樹木進(jìn)行適當(dāng)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(shí)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(shí)，根部與土往往有無法壓實(shí)的空隙，經(jīng)雨水的侵蝕，泥沙拌黃土易與樹根貼實(shí)；二是通氣性好。能增高地溫，促進(jìn)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(kuò)散。
2.3移栽后的管理與維護(hù)[3]
7-9月，大部分時(shí)間氣溫在28攝氏度以上，且濕度小，是最難管理的時(shí)期。如果管理不當(dāng)造成根干缺水、樹皮龜裂，會(huì)導(dǎo)致樹木死亡。這時(shí)的管理要特別注意：—是遮陽防曬，可以樹冠外圍東西方向“幾’字型，蓋遮陽網(wǎng)，這樣能較好的擋住太陽的直射光，使樹葉免遭灼傷；二是根部灌水，預(yù)埋的塑料管或竹筒內(nèi)灌水，此方法可避免澆“半截水”能一次澆透，平常能使土壤見干見濕，也可往樹冠外的洞穴灌水，增加鉗木周圍土壤的濕度；三是甜南面架設(shè)三角支架，安裝—個(gè)高了樹l米的噴灌裝置，盡量調(diào)成霧狀水，因?yàn)橄摹⑶锛敬蠖啻的巷L(fēng)，密裝在南面可經(jīng)常給樹冠噴水，使樹干樹葉保持濕潤，也增加了樹周圍的濕度，并降低了溫度，減少了樹木體內(nèi)有限水分、養(yǎng)分的消耗。沒條件對可采“滴灌法”，即在樹旁搭—個(gè)三角架，上面吊一只儲(chǔ)水梗，在桶下部打若干孔，用硅膠將塑料管粘在孔上，另一端用火燒后封死，將管螺旋狀繞在樹干和樹枝上，按需要從沒方向在管上打孔至滴水，同樣可起到濕潤樹干樹枝、減少水分養(yǎng)分消耗的作用。其次在寒冷季節(jié)要加強(qiáng)抗寒、保暖措施。一是要用草繩繞干，包裹保暖，這樣能有效地低御低溫和寒風(fēng)的侵害；二是搭建簡易的塑料薄膜溫室，提高樹木的溫度、濕度；三是選擇一天中溫度相對較高的中午澆水或葉面噴水。
果樹的施肥應(yīng)該注意第一年不能施肥，第二年根據(jù)樹的生長情況施農(nóng)家肥或葉面噴肥。移栽后病蟲害的防治：移載樹木的病蟲害一般由原生境附帶而來的居多，所以在移載前須對樹木進(jìn)行病蟲害的治理和健康植株樹木的挑選，在移載地應(yīng)特別注意對土壤和移載果樹樹木損傷的處理，盡量減少病菌的滋生和感染。移載后的果樹一旦發(fā)現(xiàn)蟲害可采用捕殺、誘殺、化學(xué)施藥法等進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)病害一般采用人工清除、化學(xué)施藥進(jìn)行防治?？捎枚嗑`或托布津、敵殺死等農(nóng)藥混合噴施。分4月、8月、9月三個(gè)階段，每個(gè)階段連續(xù)噴幾次藥，每星期一次，正常情況下可達(dá)到防治的目的。 樹木移栽后，一定要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理。俗話說得好，“兩分種，八分管”，由此可見，養(yǎng)護(hù)管理環(huán)節(jié)在移栽過程中的重要性。當(dāng)然，要切實(shí)提高果樹移栽后的成活率，還要在田地規(guī)劃設(shè)計(jì)、果樹樹種選擇等方面多動(dòng)腦筋。
3．設(shè)計(jì)方案的選擇[4]
3.1方案一
這是一種樹木挖掘移栽機(jī)。該移栽機(jī)有一個(gè)十字形升降機(jī)架，它安裝在固定機(jī)架內(nèi)；升降機(jī)架的頂端向下順序與切土鏟油缸及切土鏟連接；切土鏟的兩側(cè)與切土鏟活動(dòng)臂固定連接，切土鏟活動(dòng)臂的兩端與固定切土鏟臂框架鉸連接；升降機(jī)架的中部固定連接一個(gè)橫向的切土桶活動(dòng)臂及固定器臂，并順序與切土桶固定臂、切土桶油缸缸體及桶狀的切土桶連接；固定器臂中部與升降機(jī)架連接，兩端與切土鏟活動(dòng)臂連接固定；切土桶框架的底端橫向的連接一個(gè)分合油缸。 該機(jī)是全機(jī)械化作業(yè)，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、它能和多種型號(hào)的拖拉機(jī)或其它動(dòng)力機(jī)械配套安裝，適用于各種樹、苗木的挖掘移植。如下圖3.1所示：
圖2.1 方案一
圖3-1 方案一機(jī)構(gòu)圖
1升降機(jī)架 2固定機(jī)架 3升降油缸 4切土鏟油缸 5切土鏟活動(dòng)臂 6切土桶油缸 7切土桶活動(dòng)臂 8切土桶 9固定切土鏟臂框架 10滑輪 11切土鏟 12切土桶分合油缸 13固定器 14切土桶固定架 15固定器臂 16切土桶活動(dòng)臂 17切土桶固定臂
該裝置主要由升降機(jī)架(1)、固定機(jī)架(2)、升降油缸(3)、切土鏟油缸(4)、切土鏟活動(dòng)臂(5)、切土桶油缸(6)、切土桶活動(dòng)臂(7、16)、切土桶(8)、固定切土鏟臂框架(9)、滑輪(10)、切土鏟(11)、切土桶分合油缸(12)、固定器(13)、切土桶固定架(14)及固定器臂(15)組成；其特征是：該移栽機(jī)有一個(gè)十字形的豎向安裝的升降機(jī)架(1)，它滑動(dòng)配合的安裝在固定機(jī)架(2)內(nèi)，固定機(jī)架(2)為一個(gè)前面開口的管狀結(jié)構(gòu)，它通過后部的連接架與動(dòng)力機(jī)連接固定使用；固定機(jī)架(2)的底端向前伸出與升降油缸(3)的伸縮軸連接，升降油缸(3)的頂端與升降機(jī)架(1)的頂部連接，支持升降機(jī)架(1)的上下運(yùn)動(dòng)；升降機(jī)架(1)的頂端平向的向前伸出，該伸出端向下順序與切土鏟油缸(4)及切土鏟(11)連接；切土鏟(11)為一個(gè)弧形的板狀結(jié)構(gòu)，它的上部兩側(cè)與“n”形的切土鏟活動(dòng)臂(5)的中部固定連接，切土鏟活動(dòng)臂(5)的兩端各與一側(cè)開口的管狀形固定切土鏟臂框架(9)上端鉸連接，它的作用是使切土鏟(11)定位切入到被移樹的底部；升降機(jī)架(1)的中部順序圓定連接有橫向的切土桶固定臂(17)、切土桶活動(dòng)臂(7、16)及固定器框架(15)；切土桶固定臂(17)伸向兩邊呈十字型，其兩端，各鉸連接著向外伸出的切土桶活動(dòng)臂(7、16)，并順序與直桿式的切土桶固定架(14)及切土桶油缸(6)的缸體固定連接；切土桶油缸(6)的伸出軸連接著桶狀的切土桶(8)，切土桶(8)的外測，連接有滑輪(10)及滑塊，它與切土桶固定架(14)滑動(dòng)配合安裝；固定器臂(15)中部與升降機(jī)架(1)連接，兩端各與固定切土鏟臂框架(9)的頂端連接固定；切土桶固定架(14)上安裝有分合臂，兩個(gè)分臺(tái)臂之間橫向的連接一個(gè)切土桶分合油缸( 12)。
3.2方案二
帶土移樹機(jī)，它主要解決在環(huán)境綠化植樹造林中，需要移栽樹木，但目前大都采取移栽裸露根部的樹木，不但易損傷根部，而且容易喪失水分，返青慢，影響成活率，對于因城市建設(shè)而無地容身的較大的樹木由于沒有專用機(jī)械，大多數(shù)被砍伐等問題，本實(shí)用新型包括單斗裝載機(jī)和切割裝置，其特征是切割裝置設(shè)有與單斗裝載機(jī)搖臂和翻轉(zhuǎn)頂桿連接的箱體，箱體內(nèi)組裝與裝載機(jī)油壓系統(tǒng)連通的油缸，油缸的活塞桿傳動(dòng)聯(lián)接相對的一對刀具，刀具固定聯(lián)接在導(dǎo)套或?qū)к壣?，?dǎo)套或?qū)к壔顒?dòng)組裝在箱體內(nèi)的導(dǎo)柱或?qū)Р凵稀?yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)帶土移栽苗木機(jī)械化，提高移栽樹木成活率和移栽效率，滿足城市綠化和成樹移栽的需要。
圖3-2 方案二機(jī)構(gòu)圖一
1箱體 2搖臂 3翻轉(zhuǎn)頂桿4單斗裝載機(jī)
圖3-3 方案二機(jī)構(gòu)圖二
6導(dǎo)套 7撥叉 8支撐架 9杠桿端頭 10鉸接刀具 11杠桿12鉸軸 13活塞桿 14單油缸15聯(lián)接耳
圖3-4 方案二機(jī)構(gòu)圖三
5導(dǎo)柱 6導(dǎo)套 9杠桿端頭 10鉸接刀具 11杠桿 12鉸軸 14單油缸 16杠桿 17鉸軸
如圖3-2,3-3,3-4，本方案采用現(xiàn)有的裝載機(jī)來保證其運(yùn)輸能力，將裝載機(jī)4的鏟斗部分改設(shè)為切割裝置，切割裝置設(shè)有箱體l，箱體1通過其上的聯(lián)接耳15與單斗裝載機(jī)4的搖臂2和翻轉(zhuǎn)頂桿3活動(dòng)連接。箱體1的底部四角組裝四個(gè)支腳螺釘，用來調(diào)整箱底與地面的距離，可以調(diào)整土墩切割深度，以獲得不同大小的土墩。箱體l內(nèi)組裝與裝載機(jī)4油壓系統(tǒng)連通的單油缸14，單油缸14的活塞桿13鉸接左右兩套杠桿11，杠桿11通過鉸軸12鉸接在箱體1上，杠桿11的另一端為撥叉7，它撥動(dòng)另一杠桿16的一端頭9，杠桿16通過鉸軸17鉸接在箱體上，杠桿16的另一端鉸接刀具10，刀具10的兩側(cè)固定聯(lián)接兩個(gè)導(dǎo)套6，導(dǎo)套6滑動(dòng)組裝在箱體內(nèi)的導(dǎo)柱5上，兩側(cè)的刀具10是相對的。刀具可采用半圓錐形，一對刀具即組成一個(gè)圓錐形，當(dāng)一對刀具相對斜向切入，獲得圓錐形土墩。也可以采用棱錐形一對刀具，雙向斜切到底，兩刀具合成一起為止，獲得四棱錐體形土墩。還可以采用一對棱楔形刀具，其切割的土墩為棱楔形。
3.3方案三
本實(shí)用新型涉及一種液壓小型果樹移栽機(jī)，屬于園林機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。該機(jī)包括固定機(jī)架，還包括兩個(gè)活動(dòng)機(jī)架，兩活動(dòng)機(jī)架分別通過兩銷軸從兩側(cè)與固定機(jī)架鉸接，相鄰固定機(jī)架和活動(dòng)機(jī)架分別與開閉油缸的缸體和活塞軸連接，各機(jī)架上分別固定向下傾斜的滑槽，滑槽內(nèi)裝有可以沿槽滑移的弧形鏟，滑槽和弧形鏟分別與升降油缸的缸體和活塞軸連接。挖掘時(shí)，機(jī)具就位后，分別啟動(dòng)各機(jī)架上弧形鏟升降油缸，使直鏟沿滑槽向下運(yùn)動(dòng)，插入土壤中至預(yù)定位置即可。本實(shí)用薪型結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、機(jī)動(dòng)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(yùn)輸，亦可用于伐木后的樹根挖掘作業(yè)等。如下圖所示：
圖3-5 方案三機(jī)構(gòu)圖一
2滑槽 3弧形鏟 4開閉油缸軸 5機(jī)架開閉油缸 6垂直轉(zhuǎn)軸 7固定機(jī)架 8鏟升降油缸軸 9可調(diào)腳撐 10鏟升降油缸 11多路換向控制閥 12掛接架
本實(shí)施例的液壓小型果樹移栽機(jī)上圖所示，由活動(dòng)機(jī)架1、滑槽2、帶有滑塊的弧形鏟3、機(jī)架開閉油缸軸4、機(jī)架開閉油缸5、垂直轉(zhuǎn)軸6、固定機(jī)架7、鏟升降油缸軸8、可調(diào)腳撐9、鏟升降油缸10、多路換向控制閥11、掛接架12等部件組成。左、右兩活動(dòng)機(jī)架1通過轉(zhuǎn)軸6與固定機(jī)架7鉸接，兩機(jī)架開閉油缸5的缸體以及活塞軸4分別連接在活動(dòng)機(jī)架1和固定機(jī)架7外側(cè)。各機(jī)架按一定傾斜角度分別焊有三個(gè)滑槽2，形成上開下收的形狀。下尖上寬的鏟與
滑塊焊接或鉚接為一體，從而使帶有滑塊的弧形鏟3裝入滑槽2中，并通過裝在滑塊內(nèi)的鏟升降油缸1 0及其兩端的鏟升降活塞軸8分別與滑槽2相連。左、右兩只可調(diào)腳撐9置于固定機(jī)架
兩側(cè)，保證機(jī)具停放時(shí)的穗定性和調(diào)節(jié)挖掘深度。裝有操縱桿的多路換向控制閥1 1通過液壓管路分別與各油缸的接口及主機(jī)液壓油泵相連，形成液壓控制系統(tǒng)。掛接架12通過銷軸將機(jī)具與具有液壓輸出裝置和行走系統(tǒng)的主機(jī)掛接，組合成完整的機(jī)組。
圖3-6 方案三機(jī)構(gòu)圖二
1機(jī)架 4活塞軸 5機(jī)架開閉油缸7固定機(jī)架
3.4方案四
本實(shí)用新型涉及一種液壓小型果樹移栽機(jī)，屬于園林機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。此小型樹木移栽機(jī)由提升架滑道、 提升架液壓缸、提升架、鏟斗組件滑道、鏟斗組件和鏟斗滑塊等部件組成 ，挖樹的動(dòng)作是由各組件配合完成，鏟斗組件用來鏟斷樹木的側(cè)根并使根球與周圍土壤分離．機(jī)架剛性固定在配套拖拉機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)械上；提升架由1個(gè)提升油缸來驅(qū)動(dòng)，鏟斗組件由兩鏟斗液壓缸驅(qū)動(dòng)．鏟斗組件的開合由開合蓋板驅(qū)動(dòng)．大致工作作流程如下：駕駛林木移栽機(jī)靠近要移栽的樹木，在快接近的時(shí)候停下，駕駛果樹移栽機(jī)使被移栽樹木木處于鏟斗組什中間位置，合上開合蓋板，使鏟斗組件閉合包圍果樹，鏟斗組件在鏟斗組件液壓缸作用下壓下切斷樹木的根部，打開提升油缸把所挖樹木提升上來，完成果樹的挖掘工作。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)效率高，適用于苗圃、林場、園林等場所的樹坑挖掘、小型樹木帶土起挖移栽、短距離樹木運(yùn)輸。其總體結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示[5]：
圖3-7 方案四結(jié)構(gòu)簡圖
1鏟斗 2架子一側(cè) 3六角厚螺母 4特大墊圈 5閉合蓋板 6六角厚螺母 7拉桿墊圈 8機(jī)架滑軌 9提升架曲柄 10提升架液壓剛 11機(jī)架 12搖桿 13拉桿14提升架 15鏟斗液壓缸桶套 16六角頭螺栓
4.總體方案的確定
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選定方案四，確定本設(shè)計(jì)為液壓小型果樹移栽機(jī)，主體結(jié)構(gòu)有三點(diǎn)懸掛裝置掛在拖拉機(jī)的尾部，動(dòng)力系統(tǒng)是液壓傳動(dòng)。
5.小型果樹移栽機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[6]
5.1鏟斗組件的設(shè)計(jì)
由于挖掘直徑在2-5cm的小型，挖掘土球直徑為50cm，土球高度為60cm。為了使下挖深度達(dá)到500mm，滿足挖掘土球的要求，設(shè)計(jì)兩側(cè)對稱的鏟斗組件，該鏟斗上端直徑為50cm，下端直徑為27cm，壁厚為5mm，其總體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖5-1 鏟斗總體結(jié)構(gòu)圖
5.2開合機(jī)架的設(shè)計(jì)[7]
為了滿足鏟斗在工作時(shí)開合而包圍樹木，特設(shè)計(jì)一開合機(jī)架，此機(jī)架設(shè)計(jì)有鏟斗液壓缸驅(qū)動(dòng)鏟斗用的滑道。此機(jī)架的高度是有設(shè)計(jì)所決定，其高度為1.75米低端寬度為80mm，側(cè)面寬度為50mm。而架子上側(cè)和下側(cè)是經(jīng)不規(guī)側(cè)草圖的拉伸和掃描而成其三維建模如下如所示：
圖5-2 開合機(jī)架
5.3提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[8]
提升機(jī)構(gòu)是由安裝在機(jī)架上的液壓曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和與提升架機(jī)構(gòu)共同組成，機(jī)架中部有一滑道，提升架與此滑道相連，在液壓曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的作用下完成整機(jī)的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在果樹移栽的提升。
5.4提升架的設(shè)計(jì)
提升架有提升架上蓋板和下蓋板組成，上蓋板與下蓋板通過螺栓的連接于鏟斗組件機(jī)架融為一體。
5.5液壓裝置
液壓裝置由油泵、油箱、多路換向閥及液壓油缸組成。
6.小型果樹移栽機(jī)的工作過程
駕駛果樹移栽機(jī)靠近要移栽的樹木，在快接近的時(shí)候停下，駕駛果樹移栽機(jī)使被移栽果樹處于鏟斗組什中間位置，合上開合蓋板，使鏟斗組件閉合包圍果樹，鏟斗組件在鏟斗組件液壓缸作用下壓下切斷果樹的根部，打開提升油缸把所挖果樹提升上來，完成果樹的挖掘工作。駕駛果樹移栽機(jī)靠近要栽植的樹坑，打開開合蓋板使鏟斗打開使果樹調(diào)入樹坑內(nèi)。完成樹木的移栽。然后蓋上閉合蓋板提升架回位為下一次的移栽做準(zhǔn)備。
7.挖樹機(jī)構(gòu)鏟斗的有限元分析
Solidworks SimulationXpress利用設(shè)計(jì)分析向?qū)槲覀兲峁┝艘粋€(gè)易用的，按步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法[9]。要求用戶提供零件分析的信息，如夾具，載荷和材料，這些信息代表了零件的實(shí)際應(yīng)用情況，Solidworks SimulationXpress會(huì)自動(dòng)對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，這些網(wǎng)格我們成為單元，系統(tǒng)通過對單元的分析從而去逼近對真實(shí)系統(tǒng)的分析。以便于設(shè)計(jì)的優(yōu)化，從而減少設(shè)計(jì)周期，減少成本。
7.1案例一
（1）添加夾具 添加夾具的目的是固定零件在分析過程中保持不變。添加夾具后的圖例如下圖所示：
圖7-1 夾具仿真
（2）添加載荷 在零件表面上添加外部力和壓力。在零件上選擇添加力的部位和方向效果如下圖所示：
圖7-2 載荷仿真
（3）添加壓力
圖7-3 壓力仿真
（4）選擇材料 根據(jù)設(shè)計(jì)要求從材質(zhì)庫中選擇材料為可鍛鑄鐵，如下圖所示：
圖7-4 材料選擇
（5）運(yùn)行模擬產(chǎn)生仿真分析結(jié)果
仿真結(jié)果1：Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況
圖7-5 應(yīng)力仿真
仿真結(jié)果2.：Displacement（合位移變化情況）：
圖7-6 合位移仿真
仿真結(jié)果3：Factor of Safety安全系數(shù)變化情況
圖7-7 安全系數(shù)
仿真結(jié)果4：deformation（位移）變形情況
圖7-8 位移變形仿真
7.2案例二
將力平均加與3個(gè)面，壓力不變的情況下，有限元分析結(jié)果如下：
仿真結(jié)果1：Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況
圖7-9 等量應(yīng)力仿真
仿真結(jié)果2.：Displacement（合位移變化情況）：
圖7-10 合位移仿真
仿真結(jié)果3：Factor of Safety安全系數(shù)變化情況：
圖7-11 安全系數(shù)
仿真結(jié)果4：deformation（位移）變形情況：
圖7-12 位移仿真
7.3案例三
更該更改鏟斗模型支撐厚度后的有限元分析，任然讓施加最大的力，分析結(jié)果如下：
仿真結(jié)果1：Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況：
圖7-13 應(yīng)力仿真
仿真結(jié)果2.：Displacement（合位移變化情況）：
圖7-14合位移仿真
仿真結(jié)果3：Factor of Safety安全系數(shù)變化情況：
圖7-15 安全系數(shù)
仿真結(jié)果4：deformation（位移）變形情況：
圖7-16 位移仿真
7.4案例四
更改鏟斗模型支撐厚度后的有限元分析，施加三個(gè)面上的平均力，壓力不變，分析結(jié)果如下：
仿真結(jié)果1：Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況：
圖7-17 應(yīng)力仿真
仿真結(jié)果2.：Displacement（合位移變化情況）：
圖7-18 合位移仿真
仿真結(jié)果3：Factor of Safety安全系數(shù)變化情況：
圖7-19 安全系數(shù)
仿真結(jié)果4：deformation（位移）變形情況：
圖7-20 位移仿真
7.5案例五
綜合以上分析，再一次對鏟斗模型進(jìn)行改進(jìn)，加支撐厚度同時(shí)加圓角仿真結(jié)果1：Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況：
圖7-21 應(yīng)力仿真
仿真結(jié)果2.：Displacement合位移變化情況：
圖7-22 合位移仿真
仿真結(jié)果3：Factor of Safety安全系數(shù)變化情況：
圖7-23 安全系數(shù)
仿真結(jié)果4：deformation位移變形情況：
圖7-24 位移變形仿真結(jié)果分析
方案一結(jié)果分析：
針對方案一假設(shè)每個(gè)施加力的面都是施加最大理論力值可以得出如下結(jié)果：
方案一結(jié)果分析：
（1）Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況雖然大部分應(yīng)力變化比較小，但是鏟斗組件連接點(diǎn)附近的等量應(yīng)力變化較大，存在不穩(wěn)定因素；
（2）鏟斗組件的底部的Displacement變化幅度太大，其中部至上不過度的安全顏色趨于零，處于危險(xiǎn)狀態(tài)；
（3）Deformation中部位移變化較大，沒有達(dá)到理想的變形要求；
（4）Factor of Safety安全系數(shù)大部分呈現(xiàn)藍(lán)色，符合要求，但是支撐部位出現(xiàn)紅色的安全警告因此極易斷裂，因此還需要對此進(jìn)行改進(jìn)。
方案二結(jié)果分析：
在方案一的基礎(chǔ)上建立方案二，假設(shè)每個(gè)施加力的面都是施加最大理論力值的平均值可以得出如下結(jié)果：
（1）Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況雖然大部分應(yīng)力變化比方案一要低，但是仍然存在不穩(wěn)定因素；
（2）鏟斗組件的上部邊緣的Displacement變化幅度太大趨于紅色最大值；
（3）Deformation中部位移變化較大，沒有達(dá)到理想的變形要求；
（4）Factor of Safety安全系數(shù)全部呈現(xiàn)藍(lán)色，符合要求。因此還需要對此方案進(jìn)行改進(jìn)，對模型進(jìn)行改進(jìn)。
方案三結(jié)果分析：
方案三是在方案二的基礎(chǔ)上對鏟斗模型進(jìn)行改變，改變鏟斗模型的支撐厚度，然后在每個(gè)面上施加最大理論力值可以得出如下結(jié)果：
（1）Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況明顯比方案一小的多，但比方案二要稍大；
（2）鏟斗組件的底部的Displacement變化幅度太大，其中部至上不過度的安全顏色趨于零，處于危險(xiǎn)狀態(tài)；
（3）Deformation中部位移變化較小，近乎達(dá)到理想的變形要求；
（4）Factor of Safety安全系數(shù)大部分呈現(xiàn)藍(lán)色，符合要求，但是支撐部位出現(xiàn)紅色的安全警告因此極易斷裂所以還需要改進(jìn)。
方案四結(jié)果分析：
在方案三的基礎(chǔ)上建立方案四，每個(gè)施加力的面都是施加最大理論力值的平均值可以得出如下結(jié)果：
（1） Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況明顯的比前三個(gè)方案變化程度小，因此方案四的等量應(yīng)力變化情況是趨于合理的；
（2）鏟斗組件的上部的Displacement變化幅度稍有些大，其中部至上部過度的安全顏色逐漸增加，危險(xiǎn)狀態(tài)明顯減少；
（3）Deformation中部位移變化較大，沒有達(dá)到理想的變形要求；
（4）Factor of Safety安全系數(shù)全部呈現(xiàn)藍(lán)色，符合要求。
接著在分別分析方案一至方案四的和位移及位移變化情況，可以得出以下結(jié)論，在方案一中鏟斗組件頂部位移變化很大；在方案二中鏟斗組件頂部位移變化達(dá)到要求，但是側(cè)部位移存在隱患；在方案三中鏟斗組件頂部位移達(dá)到要求，但支撐處部分位移存在潛在隱患；在方案四中鏟斗組件頂部位移和側(cè)部位移均達(dá)到要求。然后再分別分析方案一至方案四的安全系數(shù)變化情況，在方案一中安全系數(shù)大部分是合格的，支撐部位附近的安全因數(shù)是小于1的，因此支撐部位是不合格的；在方案二中安全系數(shù)均是大于等于1的，因此是合格的；在方案三中安全系數(shù)大部分是合格的，支撐部位附近的安全因數(shù)是小于1的，因此支撐部位是不合格的；在方案四中安全系數(shù)均是大于等于1的，因此安全系數(shù)變化符合要求的。綜合比較可知方案四的Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況、合位移、位移、及安全系數(shù)的變化相對于前三個(gè)方案是最優(yōu)的，但是其Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力變化情況任然存在不穩(wěn)定因素，因此還需要對方案四進(jìn)行優(yōu)化。
方案五結(jié)果分析：
再對鏟斗組件進(jìn)行建模，對原始模型在支撐部位增加厚度同時(shí)對支撐邊緣添加圓角后再次進(jìn)行分析，最后得出其Stress（-vonMises-）等量應(yīng)力完全達(dá)到要求，其合位移、位移、及安全系數(shù)的變化也相當(dāng)合理，因此方案五是最優(yōu)的。
8.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
液壓系統(tǒng)是一套機(jī)械能與液壓能互相轉(zhuǎn)化的機(jī)構(gòu)，是液壓牽引（懸掛）裝置的動(dòng)力和控制部分。液壓系統(tǒng)具有元件質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、操作省力、反應(yīng)靈敏、動(dòng)作平穩(wěn)、便于遠(yuǎn)距離操縱和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)。液壓元件分別裝在移栽機(jī)的不同部位上，相互之間用油管聯(lián)結(jié)起來為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
8.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的作用
液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力來傳遞能量，液壓系統(tǒng)用于農(nóng)具升降和耕深調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪加載及液壓功率輸出。通過液壓操縱系統(tǒng)控制某些工作部件的位置和速度的轉(zhuǎn)換，該設(shè)計(jì)目的是控制好機(jī)架的升降。
8.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成
一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由一下幾部分組成：
（1）液壓泵（動(dòng)力元件）：是將原動(dòng)力所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。
（2）執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作構(gòu)件的元件，執(zhí)行元件是液壓缸。
（3）控制元件：包括壓力、方向、流量控制閥，是對系統(tǒng)著那個(gè)油液壓力、流量、方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)元件。
（4）輔助元件：上述三個(gè)組成部分以外的其他元件，如油管、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。
完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)為了產(chǎn)生并傳遞液壓能，以提升或維持農(nóng)具處于某工作狀態(tài)，液壓系統(tǒng)除工作介質(zhì)（液壓油）外一般由油泵、油缸、分配器和輔助裝置（如油箱、油管、濾清器等）組成一個(gè)循環(huán)的液壓回路。由操縱機(jī)構(gòu)控制液壓系統(tǒng)處于各種不同的狀態(tài)，來滿足各種動(dòng)作要求。
8.3液壓基本回路圖
圖8-1 液壓基本回路
1.液壓泵 2換向閥 3液壓缸
如圖8-1所示，換向閥2處于原位時(shí)，液壓泵1輸出的液壓油同時(shí)與液壓缸3的左右兩腔相通，兩腔壓力相等。由于液壓缸無桿腔的有效面積A1大于有桿腔的有效面積A2，使活塞受到的向右作用力大于向左的作用力，導(dǎo)致活塞向右運(yùn)動(dòng)，于是無桿腔排出的油液與泵1輸出的油液合流進(jìn)入無桿腔，亦即相當(dāng)于在不增加泵的流量的前提下增加了供給無桿腔的有液量，使活塞快速向右運(yùn)動(dòng)。這種回路比較簡單也比較經(jīng)濟(jì)，但液壓缸的速度加快有限。值得注意的是：在差動(dòng)回路中，泵的流量和液壓缸有桿腔排出的流量合在一起流過的閥和管路應(yīng)按合流流量來選擇其規(guī)格，否則會(huì)產(chǎn)生較大的壓力損失，增加功率消耗。
8.4液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理
為了產(chǎn)生并傳遞液壓能，以提升或維持農(nóng)具處于某工作狀態(tài)，液壓系統(tǒng)除工作介質(zhì)（液壓油）外一般由油泵、油缸、分配器和輔助裝置（如油箱、油管、濾清器等）組成一個(gè)循環(huán)的液壓回路。由操縱機(jī)構(gòu)控制液壓系統(tǒng)處于各種不同的狀態(tài)，來滿足各種動(dòng)作要求。
油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)或其他傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，從油箱經(jīng)過濾清器吸油，在外界負(fù)荷作用下，無壓力的油液經(jīng)過油泵變成了有壓力的油液，然后把壓力油壓送到分配器并經(jīng)過分配，再送往油缸，使農(nóng)具提升或是下降。液壓系統(tǒng)就是這樣先由油泵把發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，再由油缸重新把液壓能轉(zhuǎn)換成操縱農(nóng)具的機(jī)械能，從而完成能量轉(zhuǎn)換的作用，對外輸出足夠的提升能力、提升行程和提升速度，并能有效地實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪加載和方便地輸出液壓功率。
8.5液壓泵
液壓泵是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件，是由原動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，把輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸送到系統(tǒng)中去，是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的心臟，也是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源。
8.5.1液壓泵的基本原理[10]
下圖是液壓泵的工作原理圖，凸輪1旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2在凸輪和彈簧3的作用下，在缸體的柱塞孔內(nèi)左、右往復(fù)移動(dòng)。柱塞2向右移動(dòng)時(shí)，缸體的柱塞孔和柱塞構(gòu)成的密封工作腔4容積變大，產(chǎn)生真空，油液便在大氣壓的作用下，通過吸油閥5吸入；柱塞2向左移動(dòng)時(shí)，工作腔4容積變小，已吸入的油液便通過排油閥6排到系統(tǒng)中去；在工作過程中，吸、排油閥5、6在邏輯上互逆，不會(huì)同時(shí)開啟，由此可見，液壓泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的。
圖8-2 液壓泵的工作原理
1. 凸輪 2. 柱塞 3. 彈簧 4. 密封工作腔 5. 吸油閥 6. 排油閥
8.5.2液壓泵的工作特點(diǎn)[11]
（1）液壓泵的吸油腔壓力過低將會(huì)產(chǎn)生吸油不足，異常噪聲，甚至無法工作。因此，除了在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡可能減小吸油管路的液阻外，為了保證泵的正常運(yùn)行，應(yīng)該使泵的安裝高度不超過允許值；避免吸油濾油器及管路形成過大的壓降；限制泵的使用轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)。
（2）液壓泵的工作壓力取決外負(fù)載，若負(fù)載為零，則泵的工作壓力為零。隨著排油量的增加，泵的工作壓力根據(jù)負(fù)載大小自動(dòng)增加，泵的最大工作壓力主要受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命的限制，為了防止壓力過高而使泵、系統(tǒng)受到損害，液壓泵的出口常常要采用限壓措施。
（3）變量泵可以通過調(diào)節(jié)排量來改變流量，定量泵只有用改變轉(zhuǎn)速的辦法來調(diào)節(jié)流量，但是轉(zhuǎn)速的增大，受到吸油性能、泵的使用壽命、效率等的限制。
（4）液壓泵的流量具有某種程度的脈動(dòng)性質(zhì)，其脈動(dòng)情況取決于泵的形式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。為了減小脈動(dòng)的影響，除了從造型上考慮外，必要時(shí)可在系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器或液壓濾清器。
（5）液壓泵靠工作腔的容積變化來吸、排油，如果工作腔處在吸、排油之間的過渡密封區(qū)時(shí)存在容積變化，就會(huì)產(chǎn)生壓力急劇升高或降低的“困油現(xiàn)象”，從而影響容積效率，產(chǎn)生壓力脈動(dòng)、噪聲及工作構(gòu)件上的附加動(dòng)載荷，這是液壓泵設(shè)計(jì)中需要注意的一個(gè)共性問題。
8.6液壓缸
液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件之一，它是將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置（輸出力或扭矩），也是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用最多的執(zhí)行元件。
8.6.1液壓缸的結(jié)構(gòu)
液壓缸通常由端蓋、缸筒、活塞桿、活塞組件、前端蓋等主要部分組成；為防止油液向液壓缸外泄或由高壓腔向低壓腔泄露，在缸筒與端蓋、活塞與活塞桿、活塞與缸筒、活塞桿與前端蓋之間均設(shè)置有密封裝置，在前端蓋外側(cè)，還裝有防塵裝置；為防止活塞快速退回到行程終端時(shí)撞擊缸蓋，有時(shí)液壓缸端部還設(shè)置緩沖裝置；有時(shí)還需設(shè)置排氣裝置。
結(jié)構(gòu)形式有：活塞式液壓缸、柱塞式液壓缸、擺動(dòng)式液壓缸及組合液壓缸。
9.技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析
（1）一般企業(yè)引進(jìn)小型果樹移栽機(jī)，功能性很強(qiáng)，但經(jīng)濟(jì)成本較高，很多場合下，很多功能和高精度都浪費(fèi)了，形成經(jīng)濟(jì)損失。
（2）本設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)構(gòu)成比較簡單可行，制造成本不高，摒棄了照搬照抄他人設(shè)計(jì)，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(jià)格的先進(jìn)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(fèi)的老設(shè)計(jì)“套路”和老方法。本設(shè)計(jì)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(jì)性。
（3）本設(shè)計(jì)的動(dòng)力系統(tǒng)為液壓，而拖拉機(jī)本身有自帶液壓系統(tǒng)，可以通過外接的方式，實(shí)現(xiàn)功能，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
10.結(jié)論
（1）運(yùn)用CAD2007繪制了相關(guān)部件的零件圖；
（2）建立了小型果樹移栽機(jī)的三維實(shí)體模型，運(yùn)用solidworks對移栽機(jī)的核心部件鏟斗組件進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真及有限元分析，最終表明結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案可行；
（3）用有限元分析方法變連續(xù)結(jié)構(gòu)為離散結(jié)構(gòu)，代替了傳統(tǒng)的理論分析方法，節(jié)省了大量的計(jì)算時(shí)間，并提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和可靠性，縮短了設(shè)計(jì)周期；
（4）根據(jù)有限元應(yīng)力分析、位移分析、合位移分析及安全系數(shù)分析對鏟斗組件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使鏟斗組件的應(yīng)力分布更趨于合理符合作業(yè)工況的要求。
致 謝
本次設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師老師的指導(dǎo)下完成的，從最初我對本次設(shè)計(jì)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(jì)，這一步一步的走來，其中都包含了老師耐心的指引和教導(dǎo)。通過本次設(shè)計(jì)，我從宏觀上把握了小型果樹移栽機(jī)的發(fā)展趨勢發(fā)展現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，加深了以往學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)。同樣在本次設(shè)計(jì)中老師始終踐行著“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(xué)習(xí)模式的大大提高了學(xué)習(xí)的自主能動(dòng)性。在此，我向老師表示我最誠摯的謝意。在設(shè)計(jì)的過程中，也得到了許多同學(xué)寶貴的建議，在此一并致以誠摯的謝意。
最后，衷心的感謝機(jī)械電氣化工程學(xué)院的每位老師，謝謝你們在學(xué)習(xí)上、生活中給予我的關(guān)心與支持。衷心祝愿xx大學(xué)的明天更加美好！更加輝煌！
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