[初稿]树木移植车提升及液压系统设计

1、摘要近年来，国内的城市化进程加快了许多，在城市建设中，随着绿地面积的不断发展扩大以及人们对生态绿化的要求的提高，树木移植变得越来越普遍和重要。不过，国内的树木移植主要靠人力来完成，不仅耗费许多人力物力资源，效率不高，而且成活率也比较低。树木移植车的发明在很大程度上改善这种情况，提高树木移植的效率，减轻工人的劳动量，同时也提高了移植成活率。本文介绍了有关树木移植机的历史以及在国内外的发展现状，并在此基础上选定树木移植机作为课题进行研究设计。参考了国内外有关资料，并在导师的指导下进行自主设计，以树木移植机的各项数据，如结构参数、作业要求、性能、动力要求等为基础进行研究设计，灵活运用所学知识进行树木

2、移植机的机械结构设计以及液压系统设计。树木移植机是城市树木移植的最有力的机械工具，树铲是移植机的主要工作部分。本设计的树木移植机用于树木的挖掘和移植，设计有4把铲刀，铲刀角为25°。该移植机在工作时可挖掘的土球直径为680mm，挖掘深度为600mm，提升高度为600mm。此次设计共有4组液压缸，包括挖掘机构铲刀液压缸、开合机构液压缸、提升机构液压缸和倾斜机构液压缸。本次设计的树木移植机具有工艺简单，成本低，适用性高等优点。不仅能够用于城市园林绿化，在大面积造林时也能发挥出不错的效果。树木移植机将会改变现有的植树模式。关键词：树木移植机，铲，提升倾斜，液压AbstractIn 

3、;recent years, the rapid of urbanizationdevelopment is faster in our country. In the citys construction, with the constructions development of the residential areas and the requirement rise ceaselessly to virescence, tree transplanting becomes more and more univers

4、al and important. But in out country it still work manual operation with labor intensive, it costs a lot human resources. Whats more, the survival rate and efficiency is not high. The invention of the tree transplanter will change the complexion. It can be use to improve the efficiency, reduce labor

5、 intensity, etc.The history of the tree transplant machine and the present development situation at home and abroad were introduced in this paper, and on the basis of chosen trees transplanting machine as a subject to study and design. Refer to the relevant data at home and abroad, and under the gui

6、dance of tutor for independent design, using all kinds of data of trees transplanting machine, such as the structure parameters and operation requirements, performance, power requirements, etc. Based on research design, using knowledge flexibly in trees transplant machine mechanical structure design

7、 and hydraulic system design.The tree transplanter is the most advantageous mechanical tool for the implementation of transplanting trees, the tree spade is an important part of the tree transplanter. The design of the tree transplanter is used for digging and transplant trees, there are 4 blade and

8、 the blade angle is 25°. The tree blades fixed frame is designed to simply work. This 4 bladed spade can handle trees up to 680mm in diameter of the soil ball, 600mm deep and 600mm lift height.The design has 4 groups of hydraulic cylinders, including the blade hydraulic cylinders of digging bod

9、ies, opening and closing hydraulic cylinders, lifting hydraulic cylinders and leaning hydraulic cylinders.  The tree spade designed this time has the advantage of simple technology, low costs and high applicability, 

10、;etc. this tree spade can play an important role in the large-scaleafforestation as well as urban landscaping and is likely to change the current planting patterns.Keywords：Tr

11、ee transplanter，Blade，Lifting and leaning，Hydraulic syste目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景及研究意义11.2 树木移植机在国内外的发展现状11.3 主要研究内容3第2章 总体方案设计52.1 初定总体方案52.1.1 主要机构组成52.1.2 工作过程62.2 设计方案确定62.2.1 挖掘机构设计方案62.2.2 提升机构设计方案62.2.3 倾斜机构设计方案72.2.4 液压泵站设计方案7第3章 树木移植机设计83.1 设计要求83.2 挖掘机构83.2.1 铲刀位置93.2.2 工作原理103.2.3

12、铲刀设计103.2.3 铲刀铲土过程分析123.2.4 铲刀下铲阻力计算123.2.5 土球重量143.2.6 铲刀与铲轨的连接143.2.7 支架与铰链153.3 提升和倾斜机构16第4章 液压装置设计184.1 工作原理184.2 液压缸选择184.2.1 概述184.2.2 计算选型184.3 液压泵选择204.3.1 概述204.3.2 液压泵计算选型204.4 发动机选择224.5 联轴器选择23 4.6 管道内径的确定234.7 油箱设计254.8 滤油器选择264.9 空气滤清器选择274.10 多路换向阀选择274.11 溢流阀294.12 双液控单向阀29第5章 液压系统设计

13、305.1 概述315.2 液压工作过程315.3 树木移植机液压系统的优点315.4 液压系统原理图31第6章 重要部件的连接及固定方式346.1 液压缸耳环与耳环座之间的连接及固定方式346.2 提升机构与底座之间的连接及固定方式346.3 挖掘机构与提升倾斜机构之间的连接及固定方式356.4 提升机构、泵站与车辆底盘的连接方式36第7章 固定板销轴强度计算37结论38谢辞39参考文献40第1章 绪 论1.1 课题背景及研究意义树木移植机（Tree Transplanter）又称作树铲（Tree Spades），它是一种新式的农林苗圃的植树机械，主要运用于移植带土球的树木，它可以连续完成挖

14、坑、挖树、运输、栽植等一系列移植作业。城市绿化是城市园林建设的重要内容。目前城市热岛效应日趋严重，人们生活条件的提高也使市民对城市的居住环境提出了更高的要求。为此，解决城市绿荫不足的现状，要求我们做到两点：一是不可以轻易伐树；二是要多种或移植大树。或许植树比起种植草坪来，效果无法马上体现，但是，一旦树木形成了茂密的树荫，其吸收热量、缓解和节约能源的作用，将成为绿化中非常重要的一部分。目前我国树木的带土移植主要还是采用人工作业的方式，它需要经过挖掘土球、起重、包扎土球、运输、挖坑栽植、灌溉养护等许多繁重的作业，移植效率低，工人劳动强度大，安全性差，花费成本高，林木成活率低，特别是移植直径大于15

15、厘米的高大树木更是如此。然而，采用树木移植机进行机械化移植具有以下几个优点： (1) 移植效率高，树木移植机的工作效率为单人工作效率的十倍以上，并且成本可下降一半；(2) 树木损失率低，通过树木移植机进行树木带土移植树木几乎100%成活；(3) 作业工期长，一般树木移植多在春季进行，树木移植机在夏季或者秋季都能保证较高的存活率；(4) 树木移植机能够适应大多地形和土壤，即使在砂石较多的土层也能很好的工作；(5) 移树机通过机械作业，能够大幅降低工人的劳动强度在安全方面也有保障。树木移植机从引进到现在，在中国的发展时间不长，但树木移植机的一系列优点却能很好解决我国绿化产业中的很多问题，因此在我国

16、发展树木移植机已经成为一种必然趋势。1.2 树木移植机在国内外的发展现状树木移植机始于二十世纪六十年代的美国，作为一种新型的植树专业机械，迅速地在美国、日本、德国等国家发展开来。从一开始的园林部门，主要用于移植直径较大的树木，发展到后来的七十年代后期，扩展到林场、苗圃、果园的带土苗木移植。图1-1所示为产于美国的Bigjohn型树木移植机。这种移植机是将树铲部分直接安装在卡车或拖车后面的车梁上。该移植机可移植树木的最大直径为25.4cm，土球深度为144.8cm。由于体积大，工作条件应在空旷的地方2 3。图1-1 Big john型树木移植机在我国，移植带土球树木的工作通常都是由人工通过铁锹、

17、镐头等简单的工具将树木从原本种植、生长的地方挖出，然后经过捆绑土球、机械起吊捆绑好的树木，通过车辆运输树木，再进行挖坑、种植，通过一系列的多道作业工序，整个过程复杂，而且树木的成活率低，尤其是移植大树时可能会出现安全问题，工人的劳动强度也很大；一方面，造林范围小，植树后没有及时管理，甚至没有对新植入的树木进行管理维护，树木的成活率自然很难提高，甚至保持在一个相对稳定的程度；另一方面，因为没有合适的专业的造林植树的机械，很多工作全部是由人工来完成，这些都在很大程度上影响了植树造林的发展1。目前国内主要机型有：湖南林业工业研究所的2QT-50型起苗机、YTZ-45新型大苗移植机、赤峰市赤田农林机械

18、制造厂生产的4WS120型移树机、山东威肯科技生产的威肯050336和050344移栽机、华南热机所研制的T100型和T80型树木移植机等。 YTZ-45新型大苗移植机是赤峰市赤田农林机械制造厂生产的四铲式植树机。该机能在平原、粘土地、沙丘、草原、丘陵等不同的土壤，未经整理土壤的情况下，一次性完成挖坑、植苗等作业。可栽植1-3年生，3-7米高的大苗，植苗深度可达45-60cm，配以65马力以上的动力系统。如图1-2所示。图1-2 YTZ-45新型大苗移植机050336型移栽机是山东威肯科技生产的四铲式移栽机。该机使用滑移装载机配置该附件，操作者可以不离开装载机即可挖掘或运输一棵树，可切割树根，

19、快速挤压根部然后形成土球，它不仅可以用来挖掘树木，还可以在很短时间内将树木装到卡车或拖车上。可挖掘深度达747mm，铲刀角度为25°，树木直径范围为50-100mm。如图1-3所示。图1-3 050336型移栽机1.3 主要研究内容本文所研究的是树木移植机设计，其中包括挖掘机构及参数设计、提升机构及参数设计、倾斜机构及参数设计、液压系统设计等。 本次设计的树木移植机必须达到以下要求： (1) 完成合围，挖掘动作； (2) 能够完成提升和下放动作，在一定范围内可调； (3) 速度稳定可调，并能满足加工要求； （4）系统功率利用合理； （5）必须依照国家相关规定进行设计本设计主要是根据毕

20、业设计任务书要求，结合查找的资料和各公司生产的树木移植机结构进行设计，在确定了总体设计方案之后，进行各个不同部件的细节设计和选材，并绘制出装配图，最终按照总体设计方案中液压缸的用途来绘制液压原理图。研究步骤如下： (1) 查阅相关文献，了解拖挂式树木移植机的发展历程及其应用；(2) 通过文字、图片、视频资料，了解树木移植机的结构和工作原理；(3) 通过计算，选择或设计合理的零件；(4) 用CAD软件画出所设计的树木移植车的挖掘装备总装配图、提升装置部件图、倾斜装置部件图、泵站总图和液压管路布置图；(5) 编写设计说明书。第2章 总体方案设计2.1 初定总体方案树木移植机主要有三种形式： （1）

21、自行式 （2）牵引式 （3）装载机式目前外国着重发展的都是自行式树木移植机，它由车辆底盘、挖掘机构和提升倾斜机构组成。车辆底盘可以是汽车、拖拉机或是装载机，只要对其稍加改造就可以在上面安装树铲的工作装置，这种自行式移植机更为方便的是，有时同一系列的工作装置也可以与不同的车辆底盘互相配套。如图2-1所示。1-车辆底盘；2-泵站；3-提升倾斜机构；4-挖掘机构。图2-1 树木移植机总装图 2.1.1 主要机构组成树木移植机主要机构组成有以下几部分： (1)挖掘机构（2）提升机构（3）倾斜机构（4) 液压泵站 2.1.2 工作过程 树木移植机的工作过程如下：（1）移动树木移植机，使树干进入机架中心。

22、（2）开合机构闭合，调整机架，确保树干位于机架的中心。（3）控制挖掘机构铲刀升降液压缸，使铲刀顺序入土，待每个铲刀都达到最低位置，即刀片封闭，整个地下根部与周围土壤全部剥离，形成土球。（4）操纵提升机构液压缸，提起机架至地面以上，连同带土球的树木被封闭后的铲刀带出地面。（5）控制倾斜机构液压缸，把树铲调整到车上。（6）把树木移植机移送到要栽种的新洞，以同样的方式把树木置入洞中。2.2 设计方案确定树木移植机的工作机构装置包括挖掘机构、提升机构、倾斜机构和液压泵站四大部分。 2.2.1 挖掘机构设计方案挖掘机构是树木移植机最主要的工作装置，不同移植机最大的区别也在于此。它的作用是作为土球的容器将

23、树根包裹在土球内，连同整棵树挖出。挖掘机构由树铲、液压缸、导轨、开合铰链和机架等组成。挖掘机构设有4把铲刀，通过滑移板分别锁在4个铲轨上，铲轨和铲刀之间通过液压缸连接，由液压缸里的活塞的伸缩运动使铲刀进行滑移的工作。4把铲刀设计为菱形铲刀，运动路线为沿着铲轨的直线运动。机架有三个部分，后面一个为主机架，前面两个支架可以开合，机架的后两个支架通过活动铰链与主机架连接，通过开合液压缸控制树铲机构铰链装置的开合。开合装置打开后，把树干推送到机架中心，树铲随着液压缸的工作插入土壤，实现挖树功能。 2.2.2 提升机构设计方案提升机构安装在车辆底盘上，主要由提升槽钢、提升导轨和升降液压缸组成，作用是使挖

24、掘机构能够沿着提升导轨上下移动，即在挖树前放下挖掘机构，挖树后将挖掘机构和已挖掘的树木一起向上提起，这样就完成了树木的移植工作。 2.2.3 倾斜机构设计方案倾斜机构由倾斜液压缸连接在提升机构和底座上，在挖掘机构提升到一定高度后连同树木倾斜至一定的角度放在车辆后面，然后运输。 2.2.4 液压泵站设计方案液压泵站由油箱、液压泵、动力源（柴油机或电机）以及多路换向阀等组成。经过后面计算，液压泵选用CBG1016型外啮合齿轮泵，动力源选用S195型柴油机，多路换向阀选用CD4A-F15型。各部件之间通过油管连接。 第3章 树木移植机设计3.1 设计要求树木移植机设计的形式的确定与很多因素有关，比如

25、铲刀体要有足够的围角，这样可以保证挖掘出的土球的大小以包容树木的根系，不会影响树木移植后的生长。根据任务书的要求，主要技术参数有：铲角25°，挖掘深度600mm，土球直径400-700m，提升高度600mm3.2 挖掘机构挖掘机构装置是树木移植机的主体部分，负责挖掘土球和包容树木根系。其更多的要求是在移植过程中要尽量多的包容土壤和根系，不会损失根系，在运输树木的过程中不会使土球散开。挖掘机构由铲刀、铲轨、铰链、液压缸和机架等组成。如图3-1所示。1-挖掘机构铲刀液压缸；2-导轨；3-铲刀；4-铰链；5-开合机架；6-开合机构液压缸；7-主机架图3-1 挖掘机构 3.2.1 铲刀位置移

26、树机铲刀位置有外铲式和内铲式两种。（1）外铲式：铲刀位于铲臂外侧如图3-2所示，该铲刀位置树木移植机机其导向机构比较复杂，一般为环绕铲臂的滑动块；铲刀受力大，需要对铲刀进行加固；否知铲刀会因为土球的重力作用而拉裂；由于受到铲刀的限制，铲臂不易安装；为了使铲刀不与支架干涉，支架须设计成一定的形状，加工不便，成本较高。外铲式树木移植机由于将铲刀安装于铲臂外侧，因此挖出的土球较大，一般用于移植干径较大的树木。图3-2 外铲式挖掘机构 (2)内铲式：铲刀位于铲臂内侧如图3-3所示，铲刀直接贴于铲臂表面，因此铲刀不会因为受了过大而破损；导向机构受力较小，设计也相对简单，只需安装一块限位块即可；由于铲刀位

27、于铲臂上，其机构外部空间不受限制，能够对其他部件进行最合理安排，支架也能根据现有的条件进行设计，工艺简单，成本低；不过由于机构尺寸限制，中间空余的空间不大，铲刀包络的圆径较小，适用于移植干径较小的树木。本次设计的树木移植机要求的土球直径为400-700mm，移植的树木较小；并且本着低成本的原则，本次课题设计的树木移植机为内铲式。图3-3 内铲式挖掘机构 3.2.2 工作原理如图3-1所示，该机构的主机架利用销轴从机架的两侧分别与两个开合机架铰接，开合机构液压缸的缸体连接在主机架上，活塞轴连接在开合机架上，各机架焊有导轨，铲刀安装在导轨上，挖掘机构铲刀液压缸的缸体连接在导轨上，活塞轴连接到铲刀。

28、工作时，待机构就位后，启动两个开合机构液压缸，铰链闭合，闭合后依次开启四个挖掘机构铲刀液压缸，使四个铲刀可以依次沿着导轨向下运动，插入土壤，直到铲刀到达最低位置，四个铲刀即闭合。 3.2.3 铲刀设计 铲刀设计为直铲型，即它的轴向为直线，与此相应的铲轨也是直线，径向为折线。如图3-4所示。图3-4 铲刀这种设计的树铲加工比曲面铲容易，受力情况简单；但与曲面铲相比包容的土球体积就比较小，树铲机构装置所需要的空间尺寸就比较大。铲刀的结构参数如图3-5，包括铲刀与土壤接触的工作面长度L，安装角，土球深度H以及土球直径D。其中，铲刀工作面长度L应满足下列等式： （3-1） 式中 H-土球高度； -铲刀

29、安装角。其中，实际L的长度可在结构具体设计的时候根据实际情况再另外确定。由原始数据可知土球高度H=600mm，直径D取680mm，安装角=65°，由公式（3-1）计算得L>662mm，根据实际情况，L=872mm；铲刀厚为8mm。图3-5 铲刀结构参数 3.2.3 铲刀铲土过程分析铲刀是树木移植机进行移植工作的主要的工作工具，其形状和尺寸结构参数都会影响到树木移植车挖掘装备的总体设计。铲刀的工作对象是土壤，另外还有在插入土壤后铲刀在土壤里碰到的生长在土壤里的树木根系，但是因为根系在土壤中的分布是非常不规律的，所以移植机在挖树的过程中所受的阻力的计算很复杂，主要是受到树木周围土壤

30、的实际情况影响很大。对于直铲而言，挖树的阻力主要来自铲刀与土壤的切削阻力、铲刀与土壤的摩擦阻力、铲刀与树木根系的剪切力等，铲刀受到阻力后，会发生变形以及各种应力也会随深度发生大小、方向的变化4。树木移植机在挖掘树木土球的时候，是通过液压系统使各个液压缸伸缩来完成铲刀的顺序下铲。当单个铲刀进行下铲时，刀刃会切开土壤，随着铲刀面的移动，刀刃前方的土壤会发生向下以及向一侧两个方向的运动。其中，刀刃面使土壤产生向下的移动压实土壤，刀刃前方的作用力使土壤向一侧挤压，这两个力使土壤产生一个反作用在铲刀刃面的法向压应力。铲刀在下铲过程中，土壤受铲刀的作用而附加产生的垂直于铲面的法向压应力，称作土壤附加法向压

31、应力。在作用与反作用的影响下，将铲刀两侧的土壤附加法向压应力取相等值。由于铲刀所要切割的土壤并不是单一的成分，铲刀工作时刀刃上产生的阻力称为铲刀刀刃的纯切削阻力。 3.2.4 铲刀下铲阻力计算当铲刀在恒定的速度下铲时，铲刀滑移液压作用在铲刀上的力与铲刀工作阻力P相等。在计算铲刀工作阻力时借鉴了土壤-机器系统力学中常用到的半经验法，由实验来对直铲式树木移植机铲刀的性能进行预测，以相似理论为基础的模型实验建立一个经验公式4： （3-2）式中 X- 铲刀下铲时的位移（m）； - 土壤密度(g/cm3)； C- 土壤内聚力(Pa)； - 铲刀体围角的半角(度)。以上式子的实验取值范围如下： =3060

32、°；c/=0.3851.37m；x=00.9m。图3-6 下铲阻力P与下铲距离X的关系曲线4 在此次设计中，由于铲臂于竖直方向有一定的夹角，铲刀的位移量 （3-3） 其中 S=600mm =25° x=600/cos25°=662（mm） 土壤密度 土壤内聚力 C 铲刀体围角的角度 =45° 代入公式（3-2），得 该经验公式的取值范围内，能够满足土壤力学中预测误差小于±10%的要求，拥有足够的精度。 3.2.5 土球重量土球重量由以下式子计算 （3-4） 树木移植机挖出的土球形状近似为圆台 代入公式（3-4）得， 3.2.6 铲刀与铲轨的连接

33、导轨负责铲刀的导向，是铲刀的导向装置。铲刀的形状需要有相对应铲轨结构与之配合。如图3-7，该铲刀设计为直铲式，所以铲轨的滑动轨迹也是直线型的。导轨与耐磨板之间通过螺钉连接，挖掘机构铲刀液压缸通过耳环座与铲刀连接，挖掘机构铲刀液压缸活塞杆运动，带动铲刀在导轨上运动，从而实现铲土功能。1-挖掘机构铲刀液压缸；2-导轨；3-耐磨板；4-耳环座；5-铲刀。图3-7 铲刀与导轨的安装连接 3.2.7 支架与铰链 如图3-8所示，挖掘机构部分由两种支架，一个主机架和两个开合支架。主机架为固定机架，装上固定板后与提升机构连接；开合机架可以开合以更好地包围要移植的树木。树木移植机的导轨用钢板焊接而成，然后再焊

34、在机架上。开合机架和主机架分别用销轴铰接，通过开合机构液压缸实现打开和闭合的动作。开合机架和主机架上都焊有液压缸耳环座，用来连接开合机构液压缸。开合机构液压缸的缸体连接在主机架上的液压缸耳环支座，活塞轴则连接在开合机架上的液压缸耳环支座。1-开合机架；2-耳环座；3-铰链；4-开合机构液压缸；5-主机架。图3-8 开合机构3.3 提升和倾斜机构提升和倾斜机构的作用是在挖掘机构完成挖掘工作后，通过提升机构将树铲机构连同移植的树木一起提起离开地面，待树铲机构提到一定高度后，倾斜机构开始工作，倾斜机构把提升后的挖掘机构倾斜一定的角度躺放在车辆后面，以便运输。1-耳环支座；2-提升机构液压缸；3-导轨

35、；4-倾斜机构液压缸；5-底座；6-支座；7-固定板。图3-9 提升倾斜机构如图3-9所示，提升机构由各种钢板、槽钢和液压缸等组成。其中液压缸的缸体连接在于底座铰接的钢板上；活塞轴则安装在角钢上，工作时，提升液压缸的活塞伸长，带动槽钢在提升导轨上滑移，从而带动树铲机构向上提升。倾斜机构由倾斜机构液压缸和液压缸支座等部分组成。液压缸的缸体连接在液压缸支座上，支座通过螺栓固定在车辆底盘上；液压缸活塞轴一端也是连接在支座上。工作时，待提升机构完成作业，挖掘机构升起到了一定高度，倾斜液压缸活塞收缩，使提升机构、挖掘机构和移植的树木一同向车辆底盘一侧倾斜，躺放一定的角度。然后车辆便可以将树木运输到要移植

36、的新坑处，开始移栽的工作。其中，提升机构所选用的导轨是运用了叉车的导轨，选用了叉车门架专用槽钢，采用CC重叠式，外门架选用16#槽钢，与固定架焊接在一起，并焊有耐磨板；内门架选用10#槽钢，套在外门架中，形成导轨。第4章 液压装置设计4.1 工作原理此次设计的液压系统包括油箱、液压泵、溢流阀、过滤器、液压缸、多路换向阀和油管等部件。液压系统是以液压油为能源介质，由柴油机提供动力，带动液压泵旋转，液压泵开始工作。液压泵的进口处产生局部真空，作用在液压油箱中液压油表面的大气压驱动液压油流动，并经过吸油过滤器流入液压泵的吸油口以填充局部的真空空间。4.2 液压缸选择 4.2.1 概述液压缸是液压系统

37、中的执行元件，用来把液压泵输入的液压油压力能转换成驱动工作机构进行直线往复或旋转（摆动）运动的机械能，液压缸主要输出为力和速度，也有输出转矩与转速的5。本文设计的树木移植机所需要的液压缸包括挖掘装置铲刀液压油缸、开合装置液压油缸、提升装置液压油缸和倾斜装置液压油缸，这些液压油缸在作业时都要实现两个不同方向的运动，所以选用双作用液压缸。双作用液压缸的两侧都可以输入压力油液，活塞两个方向的动作就可以靠油液压力来完成。双作用单活塞液压缸工作时缸体固定，活塞杆驱动载荷，当无杆腔有油液流进时，有杆腔回油液时，活塞杆伸出；当有杆腔有油液流进时，无杆腔回油液时，活塞杆缩回，从而完成正、反两个方向的运动5。

38、4.2.2 计算选型（1）挖掘机构铲刀液压缸计算选型在先前的计算中，已知铲刀受到的下铲阻力为F=22.6kN。在树木移植机实际的工作过程中，由于是顺序作业，虽然有四个铲刀，但是四个铲刀并不是同事运动的，所以在计算和选用液压缸时只需要代入一个F的力大小。液压缸作用面积与负载力的关系为： （4-1） 式中 F-负载力； D-液压缸内径； d-活塞杆直径； p-进油压力。 初选挖掘机构铲刀液压缸型号为HSGL01-63/45E型，基本技术参数尺寸为：缸径D=63mm，杆径d=45mm，速比为2，行程为662mm，公称压力为16MPa，代入公式（4-1）得P=14.8MPa，低于系统压力16MPa，满

39、足要求。故选用液压缸HSGL01-63/45E型作为挖掘装备铲刀液压缸，液压缸数目为2个。 （2）开合机构液压缸计算选型开合机构液压缸因为只负责树木移植机开合机构机架的开启和闭合的作业，所以所承受的负载很小，取F=g=1000N，初选开合机构液压缸型号为HSGL01-40/25E型，基本技术参数尺寸为：缸径D=40mm，杆径d=25mm，速比为2，行程为140mm，公称压力为16MPa，代入公式（4-1）得P=1.3MPa，低于系统压力16MPa，满足要求。故选用液压缸HSGL01-40/25E型作为开合机构液压缸，液压缸数目为2个。（3） 提升机构液压缸计算选型先前已经计算过土球的重量约为1

40、42kg，再加上树木的重量，假设单位运输重量为550kg，机架本身的重量为120kg，上升高度600mm。即G=5500N，g=1200N，则提升液压缸的工作负载为： （4-2）代入数值得，。由于提升机构液压缸所承受的负载并不大，只有6700N，初选提升机构液压缸型号为HSGL01-50/32E型，基本技术参数尺寸为：缸径D=50mm，杆径d=32mm，速比为2，行程为600mm，公称压力为16MPa，代入公式（4-1）得P=5.8MPa，低于系统压力16MPa，满足要求。故选用液压缸HSGL01-50/32E型作为提升机构液压缸，液压缸数目为2个。 （4）倾斜机构液压缸计算选型倾斜机构液压缸

41、是在提升机构液压缸作业完毕后开始工作的，倾斜机构液压缸负责顶住挖掘机构缓慢运动，直至挖掘机构转到一定的角度放置在车辆后面。所以倾斜机构液压缸主要承受的负载基本上与提升机构一致，只是在其基础上要增加提升机构的重量，假设=70kg，则倾斜机构液压缸的工作负载为： （4-3）代入数值得，。 初选倾斜液压缸型号为HSGL01-63/45E型，基本技术参数尺寸为：缸径D=63mm，杆径d=45mm，速比为2，行程为585mm，公称压力为16MPa，代入公式（4-1）得P=3.8MPa，低于系统压力16MPa，满足要求。故选用液压缸 HSGL01-63/45E型作为倾斜机构液压缸，液压缸数目为2个。如图4

42、-1所示，为HSG型液压缸的外形结构图。图4-1 HSG型液压缸外形结构图4.3 液压泵选择 4.3.1 概述液压泵是一种将机械能转换成流体压力能的能量转换装置，作为液压传动系统中常见的一种动力元件，我们通常利用它来为液压系统提供压力油。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。采用定量泵。因为每个液压缸并不是同时工作，而是顺序依次工作，且工作时速度并不高，所以一个定量齿轮泵的流量便可以满足要求。 4.3.2 液压泵计算选型 （1） 液压泵最大的工作压力P泵的最大工作压力与各方面的负载的关系等式为： （4-4）式中 -系统中液压缸或液压马达的最大工作压力； -从液压泵出口到液压缸或液压马达

43、入口之间产生的管路损失量之和，当管路简单，流速不大时，通常取；管路复杂，进口有调阀时，通常取78。树木移植机的液压缸在整个工作过程中最大的工作压力为树铲滑移液压缸的工作压力，即；由于整个系统管路非常简单，只有10个液压缸，所以压力损失取值。则液压泵的最大工作压力为： 。 （2） 系统最大流量Q液压缸的工作流量计算公式为： （4-5） 式中 v - 液压缸的运动速度；   A - 液压缸的最大面积。 在整个树木移植机系统工作过程中，液压缸的速度都不需要非常快，假设为v=0.04m/s。 挖掘装备铲刀液压缸工作流量：开合装置液压缸工作流量：提升装置液压缸工作流量：倾斜装置液压缸

44、工作流量：液压泵的输出流量公式： （4-6） 式中 K系统的泄漏系数，通常取值范围为K=1.11.3；   Qmax系统中液压缸的最大工作流量。已知，倾斜装置液压缸的工作流量最大，代入数值进公式（4-6），得（3） 选择液压泵根据以上所求得的最大工作压力P和液压泵流量Q，选择型号为CBG1016型的齿轮泵，如图4-2所示，其主要参数为：流量Q=32.8 L/min ，额定压力P=16MPa。图4-2 CBG1016型号齿轮泵外型图4.4 发动机选择本次设计的树木移植机运用于农业和园林业机械工程，所以比较适合选用柴油机。柴油机不仅功率范围广，适应性好，而且起动性能好，使用操作

45、方便，在35s时间内就可以起动起来，并能很快达到全负荷运转，在正常运行过程中，不需要进行繁重复杂的操作910。首先计算液压泵驱动功率。树木移植机挖掘装备的铲刀运动是恒定慢速的，所以液压泵的压力和流量也是比较稳定的，驱动动率与泵压力和流量的关系等式为： （4-7） 式中 P - 液压泵的最大工作压力（MPa）； Q - 液压泵流量（L/min）； - 液压泵的总效率，齿轮泵的总效率范围为0.60.7。将数值代入公式（4-7)得：因此，选用S195柴油机，其主要参数为：功率为8.8KW，转速为2200r/min。4.5 联轴器选择已知s195柴油机的的功率为8.8KW，转速为2200r/min。而

46、CBG1016型齿轮泵的额定转速为2000r/min，最高转速为3000r/min，满足要求。假设柴油机的效率为0.85，则转矩T与转速以及功率的关系为下式: （4-8） 代入数值求得，选用LM3型联轴器，主要参数如下：公称转矩T=100Nm，许用转速n=10900r/min，满足要求。如图4-3所示，为LM型联轴器的外形图。图4-3 LM型联轴器外形图4.6 管道内径的确定管道内径可以通过以下公式来计算： （4-9）式中 Q-通过管道的流量 V-管内允许流速先前计算得知，系统最大流量，分别取吸油管道流速为0.8m/s，压油管道流速为4m/s，回油管道流速为2m/s。代入公式（4-9），得吸油

47、管道内径压油管道内径回油管道内径参照标准管径，分别取吸油管道内径为25mm，外径为34mm；压油管道内径为12mm，外径为18mm；回油管道内径为125mm，外径22mm。4.7 油箱设计油箱主要用来存放液压系统所需要的全部的液压油，同时还必须具有散发热量，分离油液里气体及沉淀污物，分离凝结水等作用，考虑到所选柴油机和液压泵的型号和尺寸，油箱则选择旁置式的，其布置灵活，维护方便。不仅如此，旁置式邮箱还能够降低油箱发热和液压振动对主机工作精度的影响。 根据液压泵的最大流量为18L/min，油箱容量的经验公式为 （4-10) 式中 液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）；   经

48、验系数由先前计算，得系统工作压力为，系统为中压，因此取。代入公式(4-10)，初步确定油箱容量为。综上所述，将邮箱的公称油液容量定为100L，长宽高分别为633mm、460mm、410mm。油箱的最小厚度必须大于3mm，而箱底必须比箱壁厚，定箱底厚度为6mm，箱盖必须比箱壁厚度和箱底厚，定箱盖厚度为9mm。为了放油和搬运更方便，应该把油箱升起来，油箱底距离地面50mm ，并且设有支架，油箱是用钢板焊接成的，支架上设置有4×14的螺栓孔用来将油箱固定在底座上。如图4-4所示，油箱中设有吸油网式过滤器，要有足够的流通油液的能力，而且距离箱底不能小于20mm；当油箱容量大于100L时，需要

49、用隔板将吸油区和回油区隔开，这样可以增加油液循环的距离，优点是油液散热较快，沉淀杂质和分离气泡较好；考虑到油箱的清洗，在油箱壁设置两个油箱清洗盖；为避免油液受到污染或者泄露，油箱盖板和管口的地方要进行密封，油箱盖板上设置空气滤清器；为了便于搬运油箱，在油箱箱壁焊接了吊耳，吊耳有圆柱形和钩型两种，此次设计选用圆柱吊耳，每个吊耳的允许起重量为0.7t。油箱外壁还设有长形油标，用来观察液压油的液位5。图4-4 油箱4.8 滤油器选择过滤器可以用来过滤掉油液中的杂质，维持油液干净，同时避免油液受到污染，从而确保系统可以正常地工作。此次设计选用型号为HY37-50型的网式过滤器，如图4-5所示。该过滤器

50、的基本参数如下：流量为50L/min，网孔为60目/英寸，通径为25mm，基本尺寸M为M33X2，H为87mm，D为105mm。图4-5 HY37型号滤油器4.9 空气滤清器选择在液压系统中，净化液压油液十分重要，空气滤清器能够维持油箱内的油液干净，不仅可以避免脏污物颗粒从外面混入油箱，还可以增长油液及元件的工作周期和使用寿命，从而确保了液压系统的正常工作。当液压系统工作时，油面会有时上升有时下降，上升的时候把空气从内排到外，下降的时候则从外面吸进空气，从而可以过滤吸入的空气，同时空气滤清器又是注油口11。此次设计选用型号为EF1-25型的空气滤清器，如图4-6所示。该空气过滤器的基本参数如下

51、：加油流量为9L/min，空气流量为65L/min，基本尺寸A为80mm，B为45mm，a为39mm，b为51mm，c为64mm，4只螺钉的规格为M4X20。图4-6 EF1型号空气滤清器4.10 多路换向阀选择 本设计采用的是手动多路换向阀。各个手动换向阀之间采用并联。多路换向阀由若干个单连换向阀、溢流阀和单向阀等组合而成的集合阀，具有很多优点比如紧凑的结构、压力损失很小等。此次涉及选用型号为CDA4-F15型的多路换向阀，如图4-7所示。该多路阀为片式结构，具有功能全、性能佳、结构紧凑、体积小、重量轻等优点。图4-7 CDA4-F15型多路换向阀本文所设计的树木移植机要控制10个液压油缸运

52、动，要用7连的多路换向阀并联控制。其中与提升装置液压缸和倾斜装置液压缸连接的两连换向阀选用R型换向阀，其机能符号如图4-8；其余四片选用O型换向阀，其机能符号如图4-9所示。图4-8 R型机能符号 图4-9 O型机能符号4.11 溢流阀溢流阀是一种压力控制阀，可以用来控制液压系统中的油液压力或通过压力的信号来控制阀口开闭，当它旁接在液压泵的出口的，用来确保系统压力恒定或限制其最高压力，当它旁接在执行元件的进口，成为过载阀，对执行元件起到安全保护的作用12，如图4-10，图4-11所示。图4-10 过载阀图形符号 图4-11 溢流阀图形符号4.12 双液控单向阀双液控单向阀又称液压锁，如图4-1

53、2所示。工作时，当一个单向阀的油液正向流动的时候，另一个单向阀的油液反向流动，并且不需要增加额外的控制油路，左右两个单向阀的阀芯在各自的弹簧力的作用下会使阀口封闭，这样可以使液压缸稳定在某一位置。图4-12 双液控单向阀图形符号第五章 液压系统设计5.1 概述本文设计的树木移植机采用液压传动，简单可靠的液压系统是保证移植机正常工作的必要条件之一。液压系统的设计是在分析树木移植机各个机构装置的运动的不同特点以及有关工作力学计算的基础上进行的。5.2 液压工作过程树木移植机在液压系统工作状态下所进行的作业顺序为：倾斜装置液压缸活塞伸长使挖掘装备垂直放置提升装置液压缸活塞缩回使挖掘装备下降到达地面开合装置液压缸活塞缩回使挖掘装备打开开合装置液压缸活塞伸长使挖掘装备闭合挖掘装备铲刀液压缸活塞伸长使铲刀插入土壤直至四片铲刀到达最低点闭合提升装备液压缸活塞缩回使挖掘装备上升到一定高度倾斜装置液压缸活塞缩回使挖掘装备倾斜一定角度躺放在车架上。5.3 树木移植机液压系统的优点本文设计的树木移植车挖掘装备采用的液压系统传动具有以下几个特点：（1） 所有动作都是顺序进行的，没有两个动作是在同一时刻内同时进行的；（2） 液压缸的分布设计为对称的方式，左右分布一致；（3）