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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告
課題名稱 大果苗挖掘移栽機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
指導(dǎo)教師
起止時(shí)間
機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
填 表 說(shuō) 明
一、學(xué)生撰寫《開(kāi)題報(bào)告》應(yīng)包含的內(nèi)容：
1、本課題來(lái)源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；
4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃；
7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。
二、本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
三、開(kāi)題報(bào)告要求手寫體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報(bào)告冊(cè)內(nèi)填寫，頁(yè)面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開(kāi)題報(bào)告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。
開(kāi)題報(bào)告正文
一 來(lái)源及研究的目的和意義
1課題的來(lái)源：自選題
2 研究的目的
果苗在移栽的過(guò)程中采用傳統(tǒng)的人工移栽的方法時(shí)，勞動(dòng)力大，強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率低、費(fèi)工費(fèi)時(shí)；機(jī)器的靈活性低，適應(yīng)性差，實(shí)用性差，能耗高，效率較低等問(wèn)題。而要實(shí)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(wèn)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(guò)程中機(jī)械化。機(jī)械化過(guò)程中就的解決勞動(dòng)力多，強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，同時(shí)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(dòng)強(qiáng)度，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。
3 研究的意義
我國(guó)作為一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)一直是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)今我國(guó)的第二、三產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。但是，無(wú)論經(jīng)濟(jì)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(jī)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(shì)下發(fā)展大果苗挖掘移栽機(jī)是非常重要的意義。
二 題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及分析
1. 國(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)對(duì)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年代末60年代初就已經(jīng)開(kāi)始。近年來(lái)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。樹(shù)木移植機(jī)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(shù)木移植機(jī)研究工作大約在20世紀(jì)70年代末期， 20世紀(jì)80年代北京林業(yè)大學(xué)顧正平和張英彥對(duì)樹(shù)木移植機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
我國(guó)從在 20世紀(jì) 60 年代開(kāi)始研制移栽機(jī)，初期主要用來(lái)移栽棉花和玉米等作物，我國(guó)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(shù)造林方面的機(jī)械也是很少，我國(guó)于 1953 年開(kāi)始引進(jìn)移栽植樹(shù)機(jī)，在東北地區(qū)西部營(yíng)造防護(hù)林。為了適應(yīng)沙區(qū)防風(fēng)固沙植樹(shù)造林的要求，國(guó)家不斷投資科研經(jīng)費(fèi)來(lái)研制植樹(shù)機(jī)，2001 年研制成功的深栽造林鉆孔機(jī)在我國(guó)西部、尤其是在干旱和半干旱地區(qū)植樹(shù)具有廣闊和特殊的應(yīng)用前景。2001 年填補(bǔ)我國(guó)機(jī)械化造林空白的新型液壓植樹(shù)機(jī)（JYZ-80）在內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗白土梁林場(chǎng)研制成功并批量投入生產(chǎn)。這種植樹(shù)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(kāi)溝深度隨意調(diào)節(jié)，最大開(kāi)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(xué)顧正平和張英彥20世紀(jì)80年代末通過(guò)對(duì)樹(shù)木移植機(jī)的研究并導(dǎo)出了模型鏟下鏟阻力的經(jīng)驗(yàn)公式。1987年由北京林業(yè)大學(xué)研制的4YS－80型懸掛式樹(shù)木移植機(jī)于1987年9月12日在北京通過(guò)鑒定。這種機(jī)具有4個(gè)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(jī)作為動(dòng)力，通過(guò)液壓系統(tǒng)控制機(jī)械動(dòng)作挖樹(shù)機(jī)。江蘇省豐壘果蔬特種機(jī)械研制有限公司研制的豐壘牌4YS系列挖樹(shù)機(jī)。該系列機(jī)械主要用于林木移栽過(guò)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(shù)坑，栽樹(shù)，裝車。山東曲阜匯眾機(jī)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(shù)機(jī)。
2. 國(guó)外研究現(xiàn)狀
上世紀(jì) 50 年代開(kāi)始，歐洲國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)家，如美國(guó)、荷蘭、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)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(guò)程看，這些農(nóng)業(yè)機(jī)械水平較高的國(guó)家多采用缽體 苗半自動(dòng)移栽機(jī)械，作業(yè)過(guò)程中采用人工喂苗，并根據(jù)作業(yè)對(duì)象的不同通過(guò)更換或調(diào)節(jié)栽植 器來(lái)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。
制造樹(shù)木移植機(jī)械的公司有美國(guó)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(guó)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(jìn)的樹(shù)木移植機(jī)械 。
美國(guó)Big-John公司生產(chǎn)研究大樹(shù)移植機(jī)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(shí)存放帶土球大樹(shù)的漏斗。加拿大HoltTreeSpades公司1957年開(kāi)始制造了第一臺(tái)樹(shù)木移植機(jī)。這臺(tái)樹(shù)木移植機(jī)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(shù)木移植機(jī)種類也較多，有半圓筒立鏟式挖樹(shù)機(jī)，還有球面鏟刀式樹(shù)木移植機(jī)，加拿大的DutchmanIndustries制造了很多系列樹(shù)木移植機(jī)，可與拖拉機(jī)、裝載機(jī)、滑移裝載機(jī)以及汽車配套使用。
德國(guó)的Optimal公司制造樹(shù)木移植機(jī)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(jī)汽車滑移裝載機(jī)配套使用的樹(shù)木移植機(jī)械。加拿大LemarTreeSpades公司制造三鏟和四鏟多種系列的和裝載機(jī)以及滑移裝載機(jī)配套使用的樹(shù)木移植機(jī)。
三 對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
1.任務(wù)要求
查閱文獻(xiàn)了解當(dāng)?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(zhǎng)條件等。并且還有當(dāng)?shù)乜疾齑蠊绲纳L(zhǎng)環(huán)境，如土質(zhì)條件，株距，果苗的直徑，高度等。
2.可行性分析
通過(guò)畫(huà)圖，三維，受力，強(qiáng)度等分析，可以完成。
四 課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路
1.重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題
研究當(dāng)?shù)卮蠊缟L(zhǎng)的環(huán)境，挖掘移栽機(jī)的靈活性，挖掘出的土球大小、形狀，移栽質(zhì)量。
2.解決思路
（1） 實(shí)地考察大果苗生長(zhǎng)環(huán)境
（2） 收集已有挖掘移栽機(jī)的資料
（3） 受力，強(qiáng)度分析
（4） 畫(huà)圖
五 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法
1.工作條件
大果苗實(shí)地，圖書(shū)館，網(wǎng)頁(yè)，Auto-CAD繪圖軟件，三維實(shí)體設(shè)計(jì)SolidWorks軟件等。
2.解決辦法
（1） 在指導(dǎo)老師帶領(lǐng)或自己去大果苗實(shí)地看看，了解大果苗的生長(zhǎng)環(huán)境，進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)分析。
（2） 學(xué)校有圖書(shū)館、網(wǎng)上數(shù)字書(shū)庫(kù)等，這使我們能有更多的機(jī)會(huì)去查閱權(quán)威的文獻(xiàn)資料，使我們能更加明確我們的研究動(dòng)向和方案。
（3） 安裝Auto-CAD繪圖軟件，三維實(shí)體設(shè)計(jì)SolidWorks軟件，不會(huì)的操作可以去請(qǐng)教老師和同學(xué)。
六 工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
第一周：查閱相關(guān)資料、熟悉本次設(shè)計(jì)課題內(nèi)容，了解挖掘移栽機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。
第二-三周：根據(jù)查閱相關(guān)的資料，擬定挖掘移栽機(jī)的總體方案，并撰寫開(kāi)題報(bào)告。
第四—九周：分析大果苗挖掘移栽機(jī)的設(shè)計(jì)要求，完成設(shè)計(jì)，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。
第十周：改進(jìn)設(shè)計(jì)的不足，修改不合理的地方，完善設(shè)計(jì)及作圖的要求。
第十一周：撰寫畢業(yè)論文，修改設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。
第十三-十四周：編寫答辯提綱，準(zhǔn)備答辯。
七 參考文獻(xiàn)
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[2]顧正平,沈瑞珍.樹(shù)木栽植與養(yǎng)護(hù)機(jī)械發(fā)展概況[J].世界林業(yè)研究,2005,18（4）:40-44.
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[5]賀漫媚,楊偉兒, 張喬松.我國(guó)大樹(shù)移植的現(xiàn)狀與對(duì)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(jī)鏟刀臂的有限元分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2007,14(5):378-382.
[7]張英彥,顧正平.直鏟式樹(shù)木移植機(jī)下鏟阻力的探討[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1988(2):38-45.
[8]顧正平,張英彥.模型鏟預(yù)測(cè)樹(shù)木移植機(jī)下鏟阻力的研究[J].林業(yè)科學(xué),1988,24（2）:185-194.
[9]盧勇濤,李亞雄,劉洋等.國(guó)內(nèi)外移栽機(jī)及移栽技術(shù)現(xiàn)狀分析[J].農(nóng)機(jī)化,2011（3）:29-32.
[10]湯智輝,賈首星.兵團(tuán)林果業(yè)機(jī)械化現(xiàn)狀與發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究,2008（11）:5-8.
學(xué)生簽名 蔣慶峰
2015年 11月15日
指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽名
2015年 11 月 20 日
壓縮包內(nèi)含CAD圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢Q 197216396 或 11970985
前言
本設(shè)計(jì)的大果苗挖掘移栽機(jī)，用于挖掘直徑在8-10cm的較大樹(shù)木，挖掘土球直徑為50cm，土球高度為40cm。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有：切土鏟、切土桶、液壓缸、機(jī)架。
1.機(jī)架：一個(gè)固定十字架機(jī)架，兩活動(dòng)機(jī)架分別通過(guò)兩垂直轉(zhuǎn)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(kāi)閉油缸的缸體和活塞軸連接。
2.切土鏟：本設(shè)計(jì)為圓鏟，表面有一定光滑度，經(jīng)過(guò)淬火處理，有一定的硬度和韌性。
3.切土桶：本設(shè)計(jì)中桶刃有一定角度。
4.液壓缸：本設(shè)計(jì)總共設(shè)計(jì)了三組液壓缸，包括開(kāi)合液壓缸，鏟土液壓缸和升降液壓缸，分別實(shí)現(xiàn)開(kāi)合、下鏟和升降的功能。
本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)效率高。
關(guān)鍵詞：大果苗挖掘移栽機(jī)；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(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀 1
1.4國(guó)外研究現(xiàn)狀 2
1.5 機(jī)械化移栽目前存在的主要問(wèn)題 2
2具體方案 3
2.1 設(shè)計(jì)要求 3
2.2 方案 3
3挖樹(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
3.1工作鏟 4
3.2 鍬鏟的設(shè)計(jì) 4
3.3鍬鏟的工作阻力 6
4液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7
4.1液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算? 8
5技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 15
總 結(jié) 16
致 謝 17
參考文獻(xiàn) 18
工程概況
本文首先介紹了切土鏟的原理，對(duì)切土鏟進(jìn)行了分析，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的工作環(huán)境，進(jìn)行對(duì)切土鏟形狀進(jìn)一步的細(xì)化，接著對(duì)切，設(shè)計(jì)液壓缸的尺寸，首先對(duì)液壓土鏟的工作阻力進(jìn)行了簡(jiǎn)單的什么。然后重點(diǎn)是對(duì)液壓缸的設(shè)計(jì)，根據(jù)工作中所需要的力的大小缸的內(nèi)徑尺寸設(shè)計(jì)，然后對(duì)缸筒壁厚和外徑尺寸設(shè)計(jì)，最后對(duì)活塞桿設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了校核。
經(jīng)過(guò)本次論文的相關(guān)設(shè)計(jì)，我想出了用近似圓形鏟再加上桶型鏟，可以很好的對(duì)樹(shù)木進(jìn)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(shí)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(guò)程中采用傳統(tǒng)的人工移栽的方法時(shí)，勞動(dòng)力大，強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率低、費(fèi)工費(fèi)時(shí)；機(jī)器的靈活性低，適應(yīng)性差，實(shí)用性差，能耗高，效率較低等問(wèn)題。而要實(shí)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(wèn)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(guò)程中機(jī)械化。機(jī)械化過(guò)程中就的解決勞動(dòng)力多，強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，同時(shí)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(dòng)強(qiáng)度，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。
1.2研究的意義
我國(guó)作為一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)一直是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)今我國(guó)的第二、三產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。但是，無(wú)論經(jīng)濟(jì)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(jī)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(shì)下發(fā)展大果苗挖掘移栽機(jī)是非常重要的意義。
1.3國(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)對(duì)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(kāi)始。近年來(lái)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。樹(shù)木移植機(jī)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(shù)木移植機(jī)研究工作大約在20世紀(jì)70年代末期， 20世紀(jì)80年代北京林業(yè)大學(xué)顧正平和張英彥對(duì)樹(shù)木移植機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
我國(guó)從在 20世紀(jì) 60 年代開(kāi)始研制移栽機(jī)，初期主要用來(lái)移栽棉花和玉米等作物，我國(guó)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(shù)造林方面的機(jī)械也是很少，我國(guó)于 1953 年開(kāi)始引進(jìn)移栽植樹(shù)機(jī)，在東北地區(qū)西部營(yíng)造防護(hù)林。為了適應(yīng)沙區(qū)防風(fēng)固沙植樹(shù)造林的要求，國(guó)家不斷投資科研經(jīng)費(fèi)來(lái)研制植樹(shù)機(jī)，2001 年研制成功的深栽造林鉆孔機(jī)在我國(guó)西部、尤其是在干旱和半干旱地區(qū)植樹(shù)具有廣闊和特殊的應(yīng)用前景。2001 年填補(bǔ)我國(guó)機(jī)械化造林空白的新型液壓植樹(shù)機(jī)（JYZ-80）在內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗白土梁林場(chǎng)研制成功并批量投入生產(chǎn)。這種植樹(shù)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(kāi)溝深度隨意調(diào)節(jié)，最大開(kāi)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(xué)顧正平和張英彥20世紀(jì)80年代末通過(guò)對(duì)樹(shù)木移植機(jī)的研究并導(dǎo)出了模型鏟下鏟阻力的經(jīng)驗(yàn)公式。1987年由北京林業(yè)大學(xué)研制的4YS－80型懸掛式樹(shù)木移植機(jī)于1987年9月12日在北京通過(guò)鑒定。這種機(jī)具有4個(gè)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(jī)作為動(dòng)力，通過(guò)液壓系統(tǒng)控制機(jī)械動(dòng)作挖樹(shù)機(jī)。江蘇省豐壘果蔬特種機(jī)械研制有限公司研制的豐壘牌4YS系列挖樹(shù)機(jī)。該系列機(jī)械主要用于林木移栽過(guò)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(shù)坑，栽樹(shù)，裝車。山東曲阜匯眾機(jī)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(shù)機(jī)。
1.4國(guó)外研究現(xiàn)狀
上世紀(jì) 50 年代開(kāi)始，歐洲國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)家，如美國(guó)、荷蘭、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)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(guò)程看，這些農(nóng)業(yè)機(jī)械水平較高的國(guó)家多采用缽體 苗半自動(dòng)移栽機(jī)械，作業(yè)過(guò)程中采用人工喂苗，并根據(jù)作業(yè)對(duì)象的不同通過(guò)更換或調(diào)節(jié)栽植 器來(lái)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。
制造樹(shù)木移植機(jī)械的公司有美國(guó)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(guó)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(jìn)的樹(shù)木移植機(jī)械 。
美國(guó)Big-John公司生產(chǎn)研究大樹(shù)移植機(jī)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(shí)存放帶土球大樹(shù)的漏斗。加拿大HoltTreeSpades公司1957年開(kāi)始制造了第一臺(tái)樹(shù)木移植機(jī)。這臺(tái)樹(shù)木移植機(jī)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(shù)木移植機(jī)種類也較多，有半圓筒立鏟式挖樹(shù)機(jī)，還有球面鏟刀式樹(shù)木移植機(jī)，加拿大的DutchmanIndustries制造了很多系列樹(shù)木移植機(jī)，可與拖拉機(jī)、裝載機(jī)、滑移裝載機(jī)以及汽車配套使用。
德國(guó)的Optimal公司制造樹(shù)木移植機(jī)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(jī)汽車滑移裝載機(jī)配套使用的樹(shù)木移植機(jī)械。加拿大LemarTreeSpades公司制造三鏟和四鏟多種系列的和裝載機(jī)以及滑移裝載機(jī)配套使用的樹(shù)木移植機(jī)。
1.5 機(jī)械化移栽目前存在的主要問(wèn)題
通過(guò)在樹(shù)木移植過(guò)程中的長(zhǎng)期實(shí)踐，列樹(shù)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)。
1.5.1 移栽前應(yīng)考慮的因素
基本原理：①近似生境。實(shí)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(shù)木期生長(zhǎng)情況往往能恢復(fù)到原生生境狀態(tài)。樹(shù)木的生長(zhǎng)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(shù)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(shù)木的植株生長(zhǎng)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(cè)試，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果改善定植地的土壤生境條件，以提高樹(shù)木移植的成活率。樹(shù)木移植近似生境的原理一定程度上也是樹(shù)木移植宜近不宜遠(yuǎn)、適地適樹(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。②樹(shù)勢(shì)平衡。樹(shù)木移植時(shí)，樹(shù)木的地上部分和地下部分須保持平衡，樹(shù)木移植如對(duì)根系造成傷害，就必須根據(jù)其根系分布情況，對(duì)地上部分進(jìn)行修剪，使地上部分和地下部分的生長(zhǎng)情況基本保持平衡。閃為供給根系發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)副阻上部分，對(duì)枝葉修剪過(guò)多不但會(huì)影響樹(shù)木的景觀，也會(huì)影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育，所以在移植樹(shù)木時(shí)必須慎重考慮枝葉和根系的去留權(quán)衡問(wèn)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(guò)地下部允昕留比例，則須通過(guò)人工養(yǎng)護(hù)彌補(bǔ)這種不平衡。
1.5.2 移栽過(guò)程中的注意事項(xiàng)
挖掘：在樹(shù)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(guò)于而使土球松散或樹(shù)木脫水，以樹(shù)干為中心，沿外緣挖掘土球，土球的大小應(yīng)為移植樹(shù)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(shù)木，其土球規(guī)格可適當(dāng)放大，挖掘時(shí)首先應(yīng)鏟除表層土，沿土球外沿開(kāi)挖60-80cm寬的操作溝，遇到直徑超過(guò)2cm的根系應(yīng)剪斷或鋸斷，但不可用鐵鍬斬?cái)?，以防震裂土球，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(guò)程中應(yīng)對(duì)樹(shù)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(shù)根有“親和力”。在栽培大樹(shù)時(shí)，根部與土往往有無(wú)法壓實(shí)的空隙，經(jīng)雨水的侵蝕，泥沙拌黃土易與樹(shù)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具體方案
2.1 設(shè)計(jì)要求
本設(shè)計(jì)的樹(shù)木挖載機(jī)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(shù)木，切根與挖掘可同時(shí)進(jìn)行，移栽挖大小同樣的坑后將挖掘來(lái)的樹(shù)木栽入。要求土球光滑不毛，機(jī)器體積小、效率高。
2.2 方案
本設(shè)計(jì)為一種液壓系統(tǒng)大果苗挖掘移栽機(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(guò)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(kāi)閉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)架上圓形鏟升降油缸，使直鏟向下運(yùn)動(dòng)，插入土壤中至預(yù)定位置即可。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)效率高，適用于苗圃、林場(chǎng)、園林、公路、街道等場(chǎng)所的樹(shù)坑挖掘、中小樹(shù)木帶土起挖移栽、短距離樹(shù)木運(yùn)輸，亦可用于伐木后的樹(shù)根挖掘作業(yè)等。如下圖所示：
圖2-1 大果苗挖掘移栽機(jī)
本設(shè)計(jì)為一鏟一桶式樹(shù)木移栽機(jī)。動(dòng)力系統(tǒng)為液壓傳動(dòng)。
主要技術(shù)參數(shù)：
主機(jī)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(shí)間180s/棵。
3挖樹(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1工作鏟
工作鏟是樹(shù)木移栽機(jī)進(jìn)行挖樹(shù)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(jī)的總體設(shè)計(jì)，對(duì)挖掘時(shí)的能量消耗也有極大的影響。樹(shù)木移栽機(jī)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(yùn)動(dòng)的斜面切削土壤及樹(shù)木的根系底部，苗圃中的起苗機(jī)、及U形鏟挖樹(shù)機(jī)和彎鏟挖樹(shù)機(jī)即利用這種工作部件；第二類是切土桶，它可以簡(jiǎn)化為作直線低速運(yùn)動(dòng)的有刃口的薄片，桶式移栽機(jī)就是利用這種工作部件切削土壤及樹(shù)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(shù)種不同，其根系生長(zhǎng)狀況不一樣。在栽植時(shí)，為了保證成活率，移植具有不同根系特點(diǎn)的樹(shù)木，對(duì)根部土球的尺寸也有不同的要求。
工作鏟加工的對(duì)象是土壤，還有生長(zhǎng)在土壤中的樹(shù)木根系，因此加工介質(zhì)的特性對(duì)工作鏟的性能影響很大。對(duì)一個(gè)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(duì)工作鏟的設(shè)計(jì)有著重要的意義。
3.2 鍬鏟的設(shè)計(jì)
（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(kāi)有側(cè)刃口。在軸向推力作用下，鍬鏟靠?jī)蓚?cè)刃的作用切入土壤。當(dāng)?shù)度星虚_(kāi)土壤時(shí)，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(gè)方向的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。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(shí)；而刃面使土壤向一側(cè)的推移可以看成一個(gè)薄的垂直刃口在土壤中運(yùn)動(dòng)。鏟刀下鏟過(guò)程中刀刃使土壤產(chǎn)生的側(cè)向位移較小，該位移量?jī)H被該側(cè)的土壤層所吸收，使該側(cè)土壤被壓實(shí)。這就是說(shuō)鍬鏟的入土運(yùn)動(dòng)使其下方和一側(cè)的土壤產(chǎn)生壓實(shí)現(xiàn)象，這部分土壤就對(duì)整個(gè)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(shí)不僅分離土體，還切斷根系、碎石及磚塊等，下鏟時(shí)的阻力稱為切削阻力?？紤]到樹(shù)木移栽機(jī)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(jì)
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(jī)挖樹(shù)機(jī)構(gòu)鏟組閉合時(shí)呈空心橢圓球體。這種鏟的工作面較復(fù)雜，制造時(shí)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(duì)同一規(guī)格的土球而言，若圓形鏟在彎導(dǎo)軌上移動(dòng)的行程與菱形鏟在直導(dǎo)軌上移動(dòng)的距離相等，則圓形鏟所走的直線長(zhǎng)度較??；因此，這種挖樹(shù)機(jī)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(shù)木根系多，對(duì)移栽后樹(shù)木的生長(zhǎng)有利，這種形式的鍬鏟用于挖掘大樹(shù)或株行距較小的苗木。
生產(chǎn)上使用的樹(shù)木移栽機(jī)配置有1把鍬鏟。挖樹(shù)機(jī)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(zhǎng)，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(diǎn)等多種因素有關(guān)。前四項(xiàng)是影響挖掘阻力的鏟刀結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)一定尺寸的土球而言，鏟數(shù)越少則一個(gè)鏟刀的投影弧長(zhǎng)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(zhǎng)度L，曲率半徑(縱向)、(橫向)、傾斜安裝角δ。他們與要求的樹(shù)木帶根土球的尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(shí)際長(zhǎng)度可在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)確定。鏟刀的傾角直接影響挖掘機(jī)構(gòu)的外形尺寸，因此在保證土球尺寸和總體布置的同時(shí)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(shù)機(jī)構(gòu)所挖土球直徑φ=500mm，高度H=450mm。設(shè)計(jì)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(shù)機(jī)構(gòu)機(jī)動(dòng)示意圖時(shí)發(fā)現(xiàn)：R=2000m時(shí)，鍬鏟傾斜太大，機(jī)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(jī)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(dāng)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(shù)機(jī)構(gòu)會(huì)對(duì)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(shí)鍬鏟工作面為球形。這種工作鏟制造較簡(jiǎn)單。R2也可不等于R，這時(shí)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(jìn)行動(dòng)力配套、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。下面以菱形鏟為例，說(shuō)明鍬鏟的阻力及其影響因素。
影響下鏟阻力的九個(gè)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(duì)鏟刀體的支反力。
一些研究者采用土壤一機(jī)器系統(tǒng)力學(xué)中常用的半經(jīng)驗(yàn)法，以相似理論為基礎(chǔ)的模型試驗(yàn)建立計(jì)算下鏟阻力經(jīng)驗(yàn)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(yàn)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(duì)下鏟阻力影響較大的土壤附加法向壓應(yīng)力及土壤對(duì)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(dāng)?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(shí)對(duì)鏟刀澆水增加鏟面潤(rùn)滑，也可達(dá)到減小下鏟阻力的目的。
4液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
現(xiàn)在生產(chǎn)上使用的樹(shù)木移栽機(jī)都采用液壓傳動(dòng)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠的液壓系統(tǒng)，是保證移栽機(jī)正常工作的必要前提之一。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在分析移栽機(jī)各部件和裝置的運(yùn)動(dòng)、工作特點(diǎn)及上作阻力計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
（一）挖掘移栽機(jī)的工作特點(diǎn)
樹(shù)木移栽機(jī)挖掘帶根樹(shù)木是在各有關(guān)部件和裝置協(xié)同動(dòng)作下完成的。在前面已說(shuō)明樹(shù)木移栽機(jī)的工作過(guò)程。樹(shù)木移栽機(jī)的主要工作特點(diǎn)是：
(1)移動(dòng)作業(yè)：樹(shù)木移栽機(jī)必須開(kāi)到苗圃地或待移栽的樹(shù)木前實(shí)施挖掘作業(yè)，其作業(yè)地點(diǎn)是不斷變動(dòng)的。
(2)順序動(dòng)作：在挖樹(shù)時(shí)樹(shù)木移栽機(jī)要完成下列動(dòng)作：挖樹(shù)機(jī)構(gòu)直立（具有縱向傾斜機(jī)構(gòu)的移栽機(jī)才有此動(dòng)作），挖樹(shù)機(jī)構(gòu)下降，鍬鏟打開(kāi)，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(kāi)，鍬鏟依次鏟入土中，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)上升，穩(wěn)定器收回，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)傾倒在車底板上。樹(shù)木移栽機(jī)在向栽植坑植樹(shù)時(shí)要完成下列動(dòng)作：挖樹(shù)機(jī)構(gòu)直立，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)下降，穩(wěn)定器撐開(kāi)，鍬鏟按順序提升，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)提升，鍬鏟閉合，，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)傾倒在車廂底板上。這些動(dòng)作都是順序進(jìn)行的，在同一時(shí)間內(nèi)沒(méi)有兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。僅在需要加抉工作速度時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行，但對(duì)工作沒(méi)有影響。
(3)工作部件和各動(dòng)作的執(zhí)行元件呈空間分布，即在移栽機(jī)的上、下、左，右等各部位都要布置傳動(dòng)部件，尤其是工作鏟呈環(huán)形布置時(shí)。
(4)有些部件運(yùn)動(dòng)的行程長(zhǎng)，如2ZS-100樹(shù)木移栽機(jī)的鏟刀移動(dòng)量達(dá)97cm．大約翰樹(shù)木移栽機(jī)鏟刀行程達(dá)160cm，但它們運(yùn)動(dòng)速度不高，對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度要求不高。本設(shè)計(jì)中升降缸的行程達(dá)到800mm，鏟土油缸的行程達(dá)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(jī)的單鏟下鏟阻力為15kN，2ZS-100型樹(shù)木移栽機(jī)的下鏟阻力為30kN，其次是提升時(shí)的重力載荷。由于這時(shí)要將挖樹(shù)機(jī)構(gòu)和挖出的樹(shù)木及帶根士球一道提升，重力載荷達(dá)10～20kN，有些裝置的工作載荷則很小如鍬鏟開(kāi)合機(jī)構(gòu)、調(diào)平墊等。
(6)間歇作業(yè)：樹(shù)木移栽機(jī)挖完一棵樹(shù)以后要由配套的運(yùn)載工具將樹(shù)運(yùn)到栽植點(diǎn)或運(yùn)送到地邊指定點(diǎn)，由其它運(yùn)輸工具集中轉(zhuǎn)運(yùn)。這時(shí)，動(dòng)力傳動(dòng)裝置停止工作。只有樹(shù)木移栽機(jī)到達(dá)栽植點(diǎn)后，或在進(jìn)行下一輪作業(yè)時(shí)傳動(dòng)裝置才又開(kāi)始工作。
(7)每一工作循環(huán)的時(shí)期短：如2ZS-IOO型樹(shù)木移栽機(jī)挖一棵樹(shù)的純作業(yè)時(shí)間只要l min。本設(shè)計(jì)中要求為60 s/顆。
（二）液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
根據(jù)樹(shù)木移栽機(jī)的工作特點(diǎn)，它的傳動(dòng)方式應(yīng)采用液壓傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)易于大幅度減速，從而獲得較大的力或力矩，并能實(shí)現(xiàn)較大范圍的無(wú)級(jí)變速，使傳動(dòng)簡(jiǎn)化。
(2)易實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以直接驅(qū)動(dòng)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(jī)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(dòng)快、工作平穩(wěn)、適合于頻繁、快速而無(wú)沖擊地啟動(dòng)、變速與換向。
(5)液壓系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)，且較機(jī)械傳動(dòng)操作簡(jiǎn)便、省力。
（三）樹(shù)木移栽機(jī)的液壓系統(tǒng)特點(diǎn)
從工作特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)來(lái)看，樹(shù)木移栽機(jī)采用液壓傳動(dòng)不但是必須的，而且是可能的。移栽機(jī)作業(yè)的順序性，間歇性，每一工{乍循環(huán)短等特點(diǎn)都有利于使用簡(jiǎn)單、可靠的液壓系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中才用液壓系統(tǒng)，下面說(shuō)明其特點(diǎn)：
本設(shè)計(jì)的樹(shù)木移栽機(jī)采用東方紅-7 5拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)的升降油泵：CB—46型齒輪泵為動(dòng)力裝置，操縱元件為多路換向閥及順序潤(rùn)，執(zhí)行元件為5個(gè)液壓油缸。油箱也是采用拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)的油箱。液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)足：
（1）采用單泵定量系統(tǒng)
這是由于各油缸順序動(dòng)作，且工作速度不高，一個(gè)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(jì)專門的卸荷回路，這是為了使系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單。當(dāng)各執(zhí)行元件完成了指定動(dòng)作后，可以將動(dòng)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(huì)導(dǎo)致油液的發(fā)熱，所以這種狀況不能持續(xù)太長(zhǎng)，也不能經(jīng)常采用這一方式。
4.1液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)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(jī)械能去驅(qū)動(dòng)主機(jī)的工作機(jī)構(gòu)做功。由于液壓缸使用場(chǎng)合與條件的千差萬(wàn)別，除了從現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列選型外，往往需要根據(jù)具體使用場(chǎng)合自行進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4.1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容
液壓缸的設(shè)計(jì)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一部分，它通常是在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行工況分析所后進(jìn)行的。其設(shè)計(jì)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(jiǎn)單，工作可靠性好，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)部門。為了滿足各種不同類型機(jī)械的各種要求，液壓缸具有多種不同的類型。本次設(shè)計(jì)選擇單活塞桿液壓缸。
4.1.3液壓平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析?
液壓平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)液壓缸的上升和下降，但在上升和下降過(guò)程中在起升階段會(huì)有一段的加速運(yùn)動(dòng)，等到加速到所要求的速度時(shí)，平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)一段的勻速運(yùn)動(dòng)，隨后減速停止。
4.1.4液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與選取
液壓平臺(tái)上升工況的最大負(fù)載。
液壓缸的機(jī)械效率:。
液壓缸的工作壓力由表4-1可知。
表4-1 不同負(fù)載條件下的工作壓力
負(fù)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(jì)和計(jì)算
1、液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算
由公式
（4-1）
（；；；）
解得。
根據(jù)表3-2可知，圓整成標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算
本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑D為80mm,查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)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(qiáng)度，但為安全起見(jiàn)我們還要進(jìn)行校核。
由于D=80mm，外徑=95mm，則，可按第一強(qiáng)度理論，即按照薄壁圓筒的中徑公式計(jì)算，則有
（4-2）
式中---缸筒壁厚；
---缸筒內(nèi)徑；
---缸筒試驗(yàn)壓力，液壓缸的額定壓力時(shí)的，額定壓力時(shí)的；
---材料許用應(yīng)力；
為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù),,這里取。選用45號(hào)鋼，并且調(diào)質(zhì)，查閱《工程力學(xué)》劉靜香著可知45號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度，現(xiàn)取，故：
（4-3）
由于液壓缸的工作壓力,故取
所以
（4-4）
因?yàn)?.5m<0.8mm，故強(qiáng)度足夠。
4.1.6活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算
活塞桿是液壓缸專遞動(dòng)力的主要零部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。
1、活塞桿直徑的計(jì)算
根據(jù)活塞桿受力狀況來(lái)確定，一般為受拉力作用時(shí)，d=0.3～0.5D。
受壓力作用時(shí)：?
P＜5MPa時(shí)，d=0.5～0.55D?
5MPa＜P＜7MPa時(shí)，d=0.6～0.7D
P>7MPa時(shí)，d=0.7D
因?yàn)镻=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(qiáng)度校核
（1）按強(qiáng)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(qiáng)度，為安全系數(shù)，一般取；
由45號(hào)鋼的許用應(yīng)力，
得 ，而，故活塞桿強(qiáng)度符合要求。
（2） 按彎曲穩(wěn)定性校核
當(dāng)活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。
按材料力學(xué)理論，當(dāng)一根受壓直桿的軸向載荷超過(guò)臨界受壓載荷時(shí)，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(zhǎng)度、剛度以及兩端支撐狀況有關(guān)。的相關(guān)計(jì)算如下：
由公式
（4-7）
式中 ---活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度；
---端點(diǎn)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(dòng)慣量，實(shí)心桿的；
而，，
故，
而（當(dāng)取4時(shí)），
故活塞桿彎曲穩(wěn)定性符合要求。
4.1.7最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定
當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)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(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)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(jì)
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(jì)算：
（4-9）
取。
導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)銷（10）、后緩沖套（11）、后缸蓋（12）、排氣塞（13）。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，液壓系統(tǒng)圖如4-3所示：
圖4-3 液壓原理圖
開(kāi)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(kāi)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(jì)性分析
1．一般企業(yè)引進(jìn)樹(shù)木移栽機(jī)，功能性很強(qiáng)，但經(jīng)濟(jì)成本較高，很多場(chǎng)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(jiǎn)單可行，制造成本不高，摒棄了照搬照抄國(guó)外設(shè)計(jì)，不具體問(wèn)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(jiǎn)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(guò)外接的方式，實(shí)現(xiàn)功能，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
21
總結(jié)
通過(guò)兩個(gè)多月來(lái)的資料收集，分析、整理，草圖創(chuàng)意、方案修改、確定，設(shè)計(jì)論述的撰寫，到現(xiàn)在基本上完成了所有畢業(yè)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目——這個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，當(dāng)然是辛苦的，不過(guò)，從個(gè)人角度來(lái)說(shuō)，這個(gè)更是我大學(xué)本科四年一次對(duì)自己專業(yè)能力的總結(jié)和升華，當(dāng)我看到自己所設(shè)計(jì)的模型制作出來(lái)的時(shí)候那種震撼，真的感慨萬(wàn)千……
這是一次綜合學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。我了解和掌握了常用機(jī)械零部件、機(jī)械傳動(dòng)和簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程和進(jìn)行方法，同時(shí)培養(yǎng)了在正確的設(shè)計(jì)思想和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，特別是整體設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)的能力及運(yùn)用solidworks和CAD繪圖，學(xué)到了很多知識(shí)。這為我們將來(lái)的發(fā)展提供了更多的機(jī)會(huì)。經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深深地體會(huì)到嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、仔細(xì)、有耐心是一個(gè)機(jī)械工程設(shè)計(jì)人員必須具備的素質(zhì)。
目前，此項(xiàng)作業(yè)基本依靠人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。雖然在移栽過(guò)程中，人們也創(chuàng)造了諸如杠桿、吊索之類的臨時(shí)性簡(jiǎn)單機(jī)械，但至今尚無(wú)定型的專用設(shè)備。樹(shù)木移栽機(jī)的出現(xiàn)，解決了樹(shù)木移栽的主要問(wèn)題，特別是珍貴樹(shù)木的移栽，起了非常大的作用。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)效率高，適用于苗圃、林場(chǎng)、園林、公路、街道等場(chǎng)所的樹(shù)坑挖掘、中小樹(shù)木帶土起挖移栽、短距離樹(shù)木運(yùn)輸。
在本次的設(shè)計(jì)中，主要對(duì)大果苗移栽的對(duì)升降機(jī)構(gòu)、挖樹(shù)機(jī)構(gòu)、和液壓傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。從整體上著眼了樹(shù)木移栽機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的緊湊和經(jīng)濟(jì)的實(shí)用性。
由于水平有限及所學(xué)知識(shí)無(wú)限，在設(shè)計(jì)中難免有不少錯(cuò)誤和不足之處，還請(qǐng)老師們批評(píng)指正。
致謝
本次設(shè)計(jì)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(duì)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(lái)，其中都包含了郭老師耐心的指引和教導(dǎo)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我從宏觀上把握了樹(shù)木移栽機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)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)中郭老師始終踐行著“授人以魚(yú)，不如授之以漁”的原則，他經(jīng)常教導(dǎo)我們遇到問(wèn)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，我向郭老師表示我最誠(chéng)摯的謝意。
其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對(duì)我的嚴(yán)格要求，感謝他們對(duì)我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識(shí)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(xué)四年和我一起走過(guò)的同學(xué)朋友對(duì)我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實(shí)，給我留下了很多難忘的回憶。
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?cè)趯W(xué)習(xí)上、生活中給予我的關(guān)心與支持。我要感謝我的父母對(duì)我的關(guān)系和理解，如果沒(méi)有他們?cè)谖业膶W(xué)習(xí)生涯中的無(wú)私奉獻(xiàn)和默默支持，我將無(wú)法順利完成今天的學(xué)業(yè)。
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