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内容简介：

毕业论文（设计）开题报告课题名称 大果苗挖掘移栽机的设计 学生姓名学 号所属学院专 业班 级指导教师起止时间机械电气化工程学院教务办制填 表 说 明一、学生撰写开题报告应包含的内容：1、本课题来源及研究的目的和意义；2、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析；3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析；4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路；5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法；6、完成本课题的工作方案及进度计划；7、主要参考文献（不少于7篇）。二、本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在接到“毕业论文（设计）任务书”的两周内独立撰写完成，并交指导教师审阅。三、开题报告要求手写体，字数在3000字以上，由学生在本报告册内填写，页面不够可自行添加A4纸张。四、每个毕业论文（设计）课题须提交开题报告一式三份，一份学生本人留存，一份指导教师存阅，一份学生所在学院存档，备检备查。开题报告正文 一 来源及研究的目的和意义1课题的来源：自选题2 研究的目的果苗在移栽的过程中采用传统的人工移栽的方法时，劳动力大，强度高，生产效率低、费工费时；机器的灵活性低，适应性差，实用性差，能耗高，效率较低等问题。而要实现由传统移栽技术向现代移栽技术的转换，就应该解决这些问题。要考虑各地的不同环境，不同气候等条件，也就是因地制宜，去大力发展现代移栽技术，使移栽过程中机械化。机械化过程中就的解决劳动力多，强度大，生产效率低等问题，同时也要考虑使产品尽可能成本低，操作方便，质量好等。因此，目的就是有助于农村城市化，大大降低劳动强度，提高农民素质和生活质量实现农业现代化。3 研究的意义我国作为一个传统的农业大国，农业一直是国民经济的基础。现今我国的第二、三产业迅猛发展，经济结构发生了重大变化。但是，无论经济结构怎样变化，农业的基础地位是不可能改变的。生态果业移栽技术步入机械化是发展现代化农业的主要内容，适合地区生产科技含量不高，不能满足果业生产的要求，因此在如此的大好趋势下发展大果苗挖掘移栽机是非常重要的意义。二 题所涉及的问题在国内外现状及分析1. 国内研究的现状国内对农作物的机械化育苗移栽技术的研究早在20世纪50年代末60年代初就已经开始。近年来由于农业生产的发展，新技术、新工艺的出现，为移栽机具的发展提供了很好的发展前景。树木移植机种类很多，具体分类方法如果按挖掘铲的形状可分为直铲式、弧形铲式、U 形铲和半圆球形铲。按照铲的数量可分为两铲式、三铲式、四铲式和六铲式。树木移植机研究工作大约在20世纪70年代末期， 20世纪80年代北京林业大学顾正平和张英彦对树木移植机进行了试验研究。 我国从在 20世纪 60 年代开始研制移栽机，初期主要用来移栽棉花和玉米等作物，我国在这方面的研究起步晚，技术进步缓慢，目前整体技术水平还比较低。植树造林方面的机械也是很少，我国于 1953 年开始引进移栽植树机，在东北地区西部营造防护林。为了适应沙区防风固沙植树造林的要求，国家不断投资科研经费来研制植树机，2001 年研制成功的深栽造林钻孔机在我国西部、尤其是在干旱和半干旱地区植树具有广阔和特殊的应用前景。2001 年填补我国机械化造林空白的新型液压植树机（JYZ-80）在内蒙古达拉特旗白土梁林场研制成功并批量投入生产。这种植树机由履带式拖拉机牵引，采用液压系统调节耕深，开沟深度随意调节，最大开沟深度为 80cm，主要适用于沙区、荒漠地区栽植带根苗、扦插苗、沙柳等。北京林业大学顾正平和张英彦20世纪80年代末通过对树木移植机的研究并导出了模型铲下铲阻力的经验公式。1987年由北京林业大学研制的4YS80型悬挂式树木移植机于1987年9月12日在北京通过鉴定。这种机具有4个组合型的铲刀，能与铁牛55和东方红75配套使用。内蒙古赤峰亚美非生态科技发展有限公司最新研制的由23.205kW（30PS）以上挖掘机作为动力，通过液压系统控制机械动作挖树机。江苏省丰垒果蔬特种机械研制有限公司研制的丰垒牌4YS系列挖树机。该系列机械主要用于林木移栽过程中根球的挖取，装桶或淘汰林木的采伐更新，也可用于林木移植，还可挖树坑，栽树，装车。山东曲阜汇众机械设备有限公司等企业生产的便携式断根移植挖树机。2. 国外研究现状上世纪 50 年代开始，欧洲国家研制出不同结构形式 的半自动移栽机和制钵机；到了 1970 年至 1980 年，半自动移栽机在前苏联、欧美等农业较发达的国家和地区得到广泛应用，使制钵、育苗、移栽技术有机结合。目前，国外的移栽技术已基本成熟，移栽后的农作物达到农艺要求，工作可靠性也较高。欧美一些农业较发达的 国家，如美国、荷兰、德国、法国等国家，大部分的蔬菜生产和几乎全部的大地花卉生产都 采用育苗移栽种植模式和生产工艺。日本在 20 世纪 80 年代，90的甜菜已实现移栽种植， 移栽机自动化程度较高。从移栽机的工作过程看，这些农业机械水平较高的国家多采用钵体 苗半自动移栽机械，作业过程中采用人工喂苗，并根据作业对象的不同通过更换或调节栽植 器来实现机械移栽，扩大机械移栽的作业范围，提高其通用性。制造树木移植机械的公司有美国BigJohn公司，加拿大HoltTreeSpades公司，加拿大LemarTreeSpades公司，加拿大的DutchmanIndustries公司，德国的Optimal公司，还有荷兰的Damcon公司，另外俄罗斯和日本也制造了先进的树木移植机械 。 美国Big-John公司生产研究大树移植机已有35年的历史，产品有车载式、汽车拖车式、轮式前悬挂式；还配备临时存放带土球大树的漏斗。加拿大HoltTreeSpades公司1957年开始制造了第一台树木移植机。这台树木移植机是人力操作的四铲式，最大能挖掘直径为30cm土球。荷兰Damcon公司制造的树木移植机种类也较多，有半圆筒立铲式挖树机，还有球面铲刀式树木移植机，加拿大的DutchmanIndustries制造了很多系列树木移植机，可与拖拉机、装载机、滑移装载机以及汽车配套使用。德国的Optimal公司制造树木移植机械已经有四十多年的历史了，能挖掘土球直径36250cm，主要制造与装载机汽车滑移装载机配套使用的树木移植机械。加拿大LemarTreeSpades公司制造三铲和四铲多种系列的和装载机以及滑移装载机配套使用的树木移植机。三 对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析1.任务要求查阅文献了解当地的环境、气候等条件，了解大果苗的种类，各种打果苗的根系，生长条件等。并且还有当地考察大果苗的生长环境，如土质条件，株距，果苗的直径，高度等。2.可行性分析通过画图，三维，受力，强度等分析，可以完成。四 课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路1.重点研究的、关键的问题研究当地大果苗生长的环境，挖掘移栽机的灵活性，挖掘出的土球大小、形状，移栽质量。2.解决思路（1） 实地考察大果苗生长环境（2） 收集已有挖掘移栽机的资料（3） 受力，强度分析（4） 画图五 完成本课题所必须的工作条件及解决的办法1.工作条件大果苗实地，图书馆，网页，Auto-CAD绘图软件，三维实体设计SolidWorks软件等。2.解决办法（1） 在指导老师带领或自己去大果苗实地看看，了解大果苗的生长环境，进行数据测量和数据分析。（2） 学校有图书馆、网上数字书库等，这使我们能有更多的机会去查阅权威的文献资料，使我们能更加明确我们的研究动向和方案。（3） 安装Auto-CAD绘图软件，三维实体设计SolidWorks软件，不会的操作可以去请教老师和同学。六 工作方案及进度计划第一周：查阅相关资料、熟悉本次设计课题内容，了解挖掘移栽机的优缺点。第二-三周：根据查阅相关的资料，拟定挖掘移栽机的总体方案，并撰写开题报告。第四九周：分析大果苗挖掘移栽机的设计要求，完成设计，并生成关键部件及装配图工程图。第十周：改进设计的不足，修改不合理的地方，完善设计及作图的要求。第十一周：撰写毕业论文，修改设计中存在的问题。第十三-十四周：编写答辩提纲，准备答辩。七 参考文献1赵德金,郭艳玲,李志鹏,周杰. 小型液压挖树机的设计与研究J. 安徽农业科学. 2014,42(19):6448-6451.2顾正平,沈瑞珍.树木栽植与养护机械发展概况J.世界林业研究,2005,18（4）:40-44.3于建国,屈锦卫.国内外挖坑机的研究现状及发展趋势J.农机化研究, 2006（12）:38-41.4宋代平,王正祥, 张云秀,等.生态植树机发展综述J.林业机械与木工设备,2004,32（4）:4-6.5贺漫媚,杨伟儿, 张乔松.我国大树移植的现状与对策J.广州园林,2006,28（2）:29-34.6李耀明,陈航,徐立章.林木移栽机铲刀臂的有限元分析与结构改进J.工业设计学报,2007,14(5):378-382.7张英彦,顾正平.直铲式树木移植机下铲阻力的探讨J.北京林业大学学报,1988(2):38-45.8顾正平,张英彦.模型铲预测树木移植机下铲阻力的研究J.林业科学,1988,24（2）:185-194.9卢勇涛,李亚雄,刘洋等.国内外移栽机及移栽技术现状分析J.新疆农机化,2011（3）:29-32.10汤智辉,贾首星.新疆兵团林果业机械化现状与发展J.农机化研究,2008（11）:5-8.学生签名 蒋庆峰 2015年 11月15日指导教师审阅意见指导教师签名 2015年 11 月 20 日压缩包内含CAD图纸和三维建模及说明书,咨询Q 197216396 或 11970985前言本设计的大果苗挖掘移栽机，用于挖掘直径在8-10cm的较大树木，挖掘土球直径为50cm，土球高度为40cm。结构设计主要有：切土铲、切土桶、液压缸、机架。1.机架：一个固定十字架机架，两活动机架分别通过两垂直转轴从两侧与固定机架铰接，相邻固定机架和活动机架分别与开闭油缸的缸体和活塞轴连接。2.切土铲：本设计为圆铲，表面有一定光滑度，经过淬火处理，有一定的硬度和韧性。3.切土桶：本设计中桶刃有一定角度。4.液压缸：本设计总共设计了三组液压缸，包括开合液压缸，铲土液压缸和升降液压缸，分别实现开合、下铲和升降的功能。本设计结构简单、操作简便、机动灵活、作业效率高。 关键词：大果苗挖掘移栽机；铲刀；液压缸目 录1概述11.1 课题研究的目的11.2研究的意义11.3国内研究的现状11.4国外研究现状21.5 机械化移栽目前存在的主要问题22具体方案32.1 设计要求32.2 方案33挖树机构设计43.1工作铲43.2 锹铲的设计43.3锹铲的工作阻力64液压系统的设计74.1液压缸的设计计算85技术经济性分析15总 结16致 谢17参考文献18工程概况本文首先介绍了切土铲的原理，对切土铲进行了分析，根据现实生活中的工作环境，进行对切土铲形状进一步的细化，接着对切，设计液压缸的尺寸，首先对液压土铲的工作阻力进行了简单的什么。然后重点是对液压缸的设计，根据工作中所需要的力的大小缸的内径尺寸设计，然后对缸筒壁厚和外径尺寸设计，最后对活塞杆设计，并进行了校核。经过本次论文的相关设计，我想出了用近似圆形铲再加上桶型铲，可以很好的对树木进行挖掘，土球的形状就很规范，近似的像桶一样，在移栽的时候也很方便，这就是我的新想法。1概述1.1 课题研究的目的果苗在移栽的过程中采用传统的人工移栽的方法时，劳动力大，强度高，生产效率低、费工费时；机器的灵活性低，适应性差，实用性差，能耗高，效率较低等问题。而要实现由传统移栽技术向现代移栽技术的转换，就应该解决这些问题。要考虑各地的不同环境，不同气候等条件，也就是因地制宜，去大力发展现代移栽技术，使移栽过程中机械化。机械化过程中就的解决劳动力多，强度大，生产效率低等问题，同时也要考虑使产品尽可能成本低，操作方便，质量好等。因此，目的就是有助于农村城市化，大大降低劳动强度，提高农民素质和生活质量实现农业现代化。1.2研究的意义我国作为一个传统的农业大国，农业一直是国民经济的基础。现今我国的第二、三产业迅猛发展，经济结构发生了重大变化。但是，无论经济结构怎样变化，农业的基础地位是不可能改变的。生态果业移栽技术步入机械化是发展现代化农业的主要内容，适合地区生产科技含量不高，不能满足果业生产的要求，因此在如此的大好趋势下发展大果苗挖掘移栽机是非常重要的意义。1.3国内研究的现状国内对农作物的机械化育苗移栽技术的研究早在20世纪50年代未60年代初就已经开始。近年来由于农业生产的发展，新技术、新工艺的出现，为移栽机具的发展提供了很好的发展前景。树木移植机种类很多，具体分类方法如果按挖掘铲的形状可分为直铲式、弧形铲式、U 形铲和半圆球形铲。按照铲的数量可分为两铲式、三铲式、四铲式和六铲式。树木移植机研究工作大约在20世纪70年代末期， 20世纪80年代北京林业大学顾正平和张英彦对树木移植机进行了试验研究。我国从在 20世纪 60 年代开始研制移栽机，初期主要用来移栽棉花和玉米等作物，我国在这方面的研究起步晚，技术进步缓慢，目前整体技术水平还比较低。植树造林方面的机械也是很少，我国于 1953 年开始引进移栽植树机，在东北地区西部营造防护林。为了适应沙区防风固沙植树造林的要求，国家不断投资科研经费来研制植树机，2001 年研制成功的深栽造林钻孔机在我国西部、尤其是在干旱和半干旱地区植树具有广阔和特殊的应用前景。2001 年填补我国机械化造林空白的新型液压植树机（JYZ-80）在内蒙古达拉特旗白土梁林场研制成功并批量投入生产。这种植树机由履带式拖拉机牵引，采用液压系统调节耕深，开沟深度随意调节，最大开沟深度为 80cm，主要适用于沙区、荒漠地区栽植带根苗、扦插苗、沙柳等。北京林业大学顾正平和张英彦20世纪80年代末通过对树木移植机的研究并导出了模型铲下铲阻力的经验公式。1987年由北京林业大学研制的4YS80型悬挂式树木移植机于1987年9月12日在北京通过鉴定。这种机具有4个组合型的铲刀，能与铁牛55和东方红75配套使用。内蒙古赤峰亚美非生态科技发展有限公司最新研制的由23.205kW（30PS）以上挖掘机作为动力，通过液压系统控制机械动作挖树机。江苏省丰垒果蔬特种机械研制有限公司研制的丰垒牌4YS系列挖树机。该系列机械主要用于林木移栽过程中根球的挖取，装桶或淘汰林木的采伐更新，也可用于林木移植，还可挖树坑，栽树，装车。山东曲阜汇众机械设备有限公司等企业生产的便携式断根移植挖树机。1.4国外研究现状上世纪 50 年代开始，欧洲国家研制出不同结构形式 的半自动移栽机和制钵机；到了 1970 年至 1980 年，半自动移栽机在前苏联、欧美等农业较发达的国家和地区得到广泛应用，使制钵、育苗、移栽技术有机结合。目前，国外的移栽技术已基本成熟，移栽后的农作物达到农艺要求，工作可靠性也较高。欧美一些农业较发达的 国家，如美国、荷兰、德国、法国等国家，大部分的蔬菜生产和几乎全部的大地花卉生产都 采用育苗移栽种植模式和生产工艺。日本在 20 世纪 80 年代，90的甜菜已实现移栽种植， 移栽机自动化程度较高。从移栽机的工作过程看，这些农业机械水平较高的国家多采用钵体 苗半自动移栽机械，作业过程中采用人工喂苗，并根据作业对象的不同通过更换或调节栽植 器来实现机械移栽，扩大机械移栽的作业范围，提高其通用性。制造树木移植机械的公司有美国BigJohn公司，加拿大HoltTreeSpades公司，加拿大LemarTreeSpades公司，加拿大的DutchmanIndustries公司，德国的Optimal公司，还有荷兰的Damcon公司，另外俄罗斯和日本也制造了先进的树木移植机械 。 美国Big-John公司生产研究大树移植机已有35年的历史，产品有车载式、汽车拖车式、轮式前悬挂式；还配备临时存放带土球大树的漏斗。加拿大HoltTreeSpades公司1957年开始制造了第一台树木移植机。这台树木移植机是人力操作的四铲式，最大能挖掘直径为30cm土球。荷兰Damcon公司制造的树木移植机种类也较多，有半圆筒立铲式挖树机，还有球面铲刀式树木移植机，加拿大的DutchmanIndustries制造了很多系列树木移植机，可与拖拉机、装载机、滑移装载机以及汽车配套使用。德国的Optimal公司制造树木移植机械已经有四十多年的历史了，能挖掘土球直径36250cm，主要制造与装载机汽车滑移装载机配套使用的树木移植机械。加拿大LemarTreeSpades公司制造三铲和四铲多种系列的和装载机以及滑移装载机配套使用的树木移植机。1.5 机械化移栽目前存在的主要问题通过在树木移植过程中的长期实践，列树木的成活机里和移植技术要领等进行了研究与总结。1.5.1 移栽前应考虑的因素基本原理：近似生境。实践证明，若移植后的生境近似于原生生境，则移植的成活率较高，移植在近似生境中的树木期生长情况往往能恢复到原生生境状态。树木的生长环境主要包括温度、光照、水分等小气候条件和土壤条件等，如果把处于不同生境中的树木进行移植，光度、温度、湿度、及土壤等任一条件发生变化，其树木的植株生长就会受到影响或发生差异，有的甚至枯萎死亡，所以定植地的土壤条件进行判定或测试，根据检测结果改善定植地的土壤生境条件，以提高树木移植的成活率。树木移植近似生境的原理一定程度上也是树木移植宜近不宜远、适地适树实践经验。树势平衡。树木移植时，树木的地上部分和地下部分须保持平衡，树木移植如对根系造成伤害，就必须根据其根系分布情况，对地上部分进行修剪，使地上部分和地下部分的生长情况基本保持平衡。闪为供给根系发育的营养物质主要来副阻上部分，对枝叶修剪过多不但会影响树木的景观，也会影响根系的生长发育，所以在移植树木时必须慎重考虑枝叶和根系的去留权衡问题，尽量使地上部分和地下部分保持平衡。如地上部分所留比铡超过地下部允昕留比例，则须通过人工养护弥补这种不平衡。1.5.2 移栽过程中的注意事项 挖掘：在树木移植前，应根土壤的干湿情况进行浇水，以防挖掘后因土壤过于而使土球松散或树木脱水，以树干为中心，沿外缘挖掘土球，土球的大小应为移植树木胸径的7-8倍，土球的厚度不小于土球直径的2/3，特别有要求的树木，其土球规格可适当放大，挖掘时首先应铲除表层土，沿土球外沿开挖60-80cm宽的操作沟，遇到直径超过2cm的根系应剪断或锯断，但不可用铁锹斩断，以防震裂土球，挖到一定深度后，将士球四周的土进行修削，上大下心，肩部圆滑，形状规整，同时挖掘过程中应对树木进行适当疏枝与修剪。土壤的选择和处理：要选择通气、透水性好，有保水保肥能力，土内水、肥、气、热状况协调的土壤。经多年实践，用泥沙拌黄土(3:1为佳)作为移栽后的定植用土比较好，它有三大好处，是与树根有“亲和力”。在栽培大树时，根部与土往往有无法压实的空隙，经雨水的侵蚀，泥沙拌黄土易与树根贴实；二是通气性好。能增高地温，促进根系的萌芽，三是排水性能好。雨季能迅速排掉多余的积水。遭水沤，造成根部死亡，旱季浇水能迅速吸收、扩散。2具体方案2.1 设计要求本设计的树木挖载机主要用于大果苗的挖掘、切根处理和移栽。挖掘土球直径不大于500mm的树木，切根与挖掘可同时进行，移栽挖大小同样的坑后将挖掘来的树木栽入。要求土球光滑不毛，机器体积小、效率高。2.2 方案 本设计为一种液压系统大果苗挖掘移栽机，属于园林机械技术领域。 该机包括固定机架，还包括两个活动机架，两活动机架分别通过两销轴从两侧与固定机架铰接，相邻固定机架和活动机架分别与开闭油缸的缸体和活塞轴连接，挖掘时，机具就位后，分别启动各机架上圆形铲升降油缸，使直铲向下运动，插入土壤中至预定位置即可。本设计结构简单、操作简便、机动灵活、作业效率高，适用于苗圃、林场、园林、公路、街道等场所的树坑挖掘、中小树木带土起挖移栽、短距离树木运输，亦可用于伐木后的树根挖掘作业等。如下图所示：图2-1 大果苗挖掘移栽机本设计为一铲一桶式树木移栽机。动力系统为液压传动。主要技术参数：主机功率8.82kw，土球直径50cm,土球高度45cm,工作装置提升重量800kg,单株起苗时间180s/棵。3挖树机构设计3.1工作铲工作铲是树木移栽机进行挖树作业的主要工作部件。工作铲的形状和结构参数决定了移栽机的总体设计，对挖掘时的能量消耗也有极大的影响。树木移栽机中采用两类工作铲，第一类是切土铲，它是用一种在土壤中沿斜方向低速运动的斜面切削土壤及树木的根系底部，苗圃中的起苗机、及U形铲挖树机和弯铲挖树机即利用这种工作部件；第二类是切土桶，它可以简化为作直线低速运动的有刃口的薄片，桶式移栽机就是利用这种工作部件切削土壤及树木的根系。工作铲的形状和尺寸首先是由林业技术要求决定的。用于园林绿化的树种不同，其根系生长状况不一样。在栽植时，为了保证成活率，移植具有不同根系特点的树木，对根部土球的尺寸也有不同的要求。工作铲加工的对象是土壤，还有生长在土壤中的树木根系，因此加工介质的特性对工作铲的性能影响很大。对一个切削刃口而言，土壤中根系的分布规律是不确定的，而且工作部件主要地还是和土壤产生相互作用，因此了解土壤的物理特性和工作部件切削土壤的原理，对工作铲的设计有着重要的意义。3.2 锹铲的设计（1）锹铲切土原理锹铲是一种曲面或球面工作组件。它由铲柄和铲刀两部分组成。如图3-1所示，铲刀开有侧刃口。在轴向推力作用下，锹铲靠两侧刃的作用切入土壤。当刀刃切开土壤时，锹铲使土体分离，由于铲刀刃面得作用使刃口侧面的土壤产生向下和一侧两个方向的复合运动。由刃面作用使土壤使土壤产生向下的位移，并使下层土体产生压实；而刃面使土壤向一侧的推移可以看成一个薄的垂直刃口在土壤中运动。铲刀下铲过程中刀刃使土壤产生的侧向位移较小，该位移量仅被该侧的土壤层所吸收，使该侧土壤被压实。这就是说锹铲的入土运动使其下方和一侧的土壤产生压实现象，这部分土壤就对整个刃面产生法向压应力。 随着铲刀继续切入土壤，在铲刀刃的作用下，其一侧的受压土壤在其弹性恢复力的作用下，继续施加在铲体的相应侧力。由于作用力与反作用力的影响，铲体两侧都受到弹性恢复力的作用。图3-1 切土铲铲刀刀刃在切削土壤时不仅分离土体，还切断根系、碎石及砖块等，下铲时的阻力称为切削阻力。考虑到树木移栽机铲刀的工作速度都比较低，因此忽略惯性力的影响。（2）锹铲的结构设计锹铲的类型：圆形铲。圆形铲是一种球面铲、纵截平面与铲工作面的结交线是曲线，横截平面与铲工作面的截交线也是曲线。移栽机挖树机构铲组闭合时呈空心椭圆球体。这种铲的工作面较复杂，制造时要用特制的工艺装备。于这种锹铲相配的导轨为曲线形，其制造工艺也较复杂，这种工作铲一般配置在导轨的外面。对同一规格的土球而言，若圆形铲在弯导轨上移动的行程与菱形铲在直导轨上移动的距离相等，则圆形铲所走的直线长度较小；因此，这种挖树机构的外形尺寸较小，而铲组所包容的土球体积比菱形铲大，保留的树木根系多，对移栽后树木的生长有利，这种形式的锹铲用于挖掘大树或株行距较小的苗木。生产上使用的树木移栽机配置有1把锹铲。挖树机构的锹铲数目主要与锹铲的挖掘阻力有关。锹铲式工作部件的挖坑阻力与铲面的投影弧长，倾斜角为，铲的厚度，挖掘深度，铲刀的表面状况，挖掘速度及土壤、根系特点等多种因素有关。前四项是影响挖掘阻力的铲刀结构参数。对一定尺寸的土球而言，铲数越少则一个铲刀的投影弧长越大，单铲的切削阻力就越大。锹铲的结构参数铲刀的结构参数包括工作面长度L，曲率半径(纵向)、(横向)、倾斜安装角。他们与要求的树木带根土球的尺寸、结构设计和使用条件有关。菱形铲的结构参数与土球尺寸的关系。其中铲面长L应满足下列关系。 (3-1)式中：H土球高度；铲刀安装角;L的实际长度可在结构设计时确定。铲刀的倾角直接影响挖掘机构的外形尺寸，因此在保证土球尺寸和总体布置的同时应尽量取最大值。锹铲的曲率半径R2按下式决定： (3-2)式中：D土球直径;圆形铲的结构参数及确定参数依据。该挖树机构所挖土球直径=500mm，高度H=450mm。设计了三种纵向曲率半径的锹铲：R=1200mm、1500mm、2000mm。在用这三种锹铲作挖树机构机动示意图时发现：R=2000m时，锹铲倾斜太大，机构的径向尺寸较大，不利于在株行距较小的苗圃中作业，而且铲柄也与微调机构干涉；采用曲率半径R=1200mm的锹铲，导轨上部又距铲组中心太近，当布置了铲油缸以后，锹铲组的中部空间太小，若苗木枝叶茂盛，挖树机构会对它造成损伤。因此，最后决定采用纵向曲率半径R=1500mm的锹铲。锹铲的其他参数也可按菱形铲的方法确定。曲率半径可按下式决定： (3-3)这时锹铲工作面为球形。这种工作铲制造较简单。R2也可不等于R，这时的工作面为椭圆球面的一部分，但制造较复杂。3.3锹铲的工作阻力锹铲的下铲阻力是进行动力配套、液压系统设计和铲的结构设计的重要依据。下面以菱形铲为例，说明锹铲的阻力及其影响因素。影响下铲阻力的九个力分别为：土壤重力、土壤的静止恻向压力、土壤一铲刀体表面的摩擦和附着力、铲刀两侧刀刃的纯切削阻力、土壤作用在铲刀刃面上的法向反力、土壤一铲刀刃面的摩擦力、铲刀体推移土壤所引起的土壤附加法向压力以及土壤对铲刀体的支反力。一些研究者采用土壤一机器系统力学中常用的半经验法，以相似理论为基础的模型试验建立计算下铲阻力经验公式为： (3-4)式中 :X铲刀下铲位移量（m）；土壤容重()；C土壤内聚力(Pa)；铲刀体围角的半径(度);上式的试验取值范围为：=30-60，C/0=0.385-1.37m。分析表明铲刀体厚度直接影响到对下铲阻力影响较大的土壤附加法向压应力及土壤对铲刀刃的法向压应力。为减小下铲阻力值，必须尽量减小铲刀体的厚度。采用适当的方法可减小土壤与铲刀体的摩擦和粘附，如提高铲刀体表面的光洁度，在铲刀表面涂敷憎水薄膜，以改变铲刀体表面的亲水性；采用电渗现象等。此外下铲时对铲刀浇水增加铲面润滑，也可达到减小下铲阻力的目的。4液压系统的设计现在生产上使用的树木移栽机都采用液压传动。设计简单可靠的液压系统，是保证移栽机正常工作的必要前提之一。液压系统设计是在分析移栽机各部件和装置的运动、工作特点及上作阻力计算的基础上进行的。（一）挖掘移栽机的工作特点 树木移栽机挖掘带根树木是在各有关部件和装置协同动作下完成的。在前面已说明树木移栽机的工作过程。树木移栽机的主要工作特点是： (1)移动作业：树木移栽机必须开到苗圃地或待移栽的树木前实施挖掘作业，其作业地点是不断变动的。 (2)顺序动作：在挖树时树木移栽机要完成下列动作：挖树机构直立（具有纵向倾斜机构的移栽机才有此动作），挖树机构下降，锹铲打开，锹铲闭合，锹铲锁紧，调平垫使导轨架水平，稳定器撑开，锹铲依次铲入土中，挖树机构上升，稳定器收回，挖树机构倾倒在车底板上。树木移栽机在向栽植坑植树时要完成下列动作：挖树机构直立，挖树机构下降，稳定器撑开，锹铲按顺序提升，挖树机构提升，锹铲闭合，挖树机构倾倒在车厢底板上。这些动作都是顺序进行的，在同一时间内没有两个动作同时进行。仅在需要加抉工作速度时，可以同时进行，但对工作没有影响。 (3)工作部件和各动作的执行元件呈空间分布，即在移栽机的上、下、左，右等各部位都要布置传动部件，尤其是工作铲呈环形布置时。 (4)有些部件运动的行程长，如2ZS-100树木移栽机的铲刀移动量达97cm大约翰树木移栽机铲刀行程达160cm，但它们运动速度不高，对运动的精度要求不高。本设计中升降缸的行程达到800mm，铲土油缸的行程达到500mm。 (5)各工作部件和装置的工作载荷不一致。其中以锹铲的下铲阻力最大如20T一50型起苗机的单铲下铲阻力为15kN，2ZS-100型树木移栽机的下铲阻力为30kN，其次是提升时的重力载荷。由于这时要将挖树机构和挖出的树木及带根士球一道提升，重力载荷达1020kN，有些装置的工作载荷则很小如锹铲开合机构、调平垫等。 (6)间歇作业：树木移栽机挖完一棵树以后要由配套的运载工具将树运到栽植点或运送到地边指定点，由其它运输工具集中转运。这时，动力传动装置停止工作。只有树木移栽机到达栽植点后，或在进行下一轮作业时传动装置才又开始工作。 (7)每一工作循环的时期短：如2ZS-IOO型树木移栽机挖一棵树的纯作业时间只要l min。本设计中要求为60 s/颗。（二）液压传动的优点 根据树木移栽机的工作特点，它的传动方式应采用液压传动。液压传动有如下优点： (1)易于大幅度减速，从而获得较大的力或力矩，并能实现较大范围的无级变速，使传动简化。 (2)易实现直线往复运动，以直接驱动各工作装置。各液压元件之间可用管路连接，安装位置自由度多，使于机械总体布置。 (3)能容量大，较小重量和尺寸的液压件可传递较大的功率。 (4)液压元件的结构紧凑、重量轻，而且液压油具有一定的吸振能力，所以液压系统的惯量小、启动快、工作平稳、适合于频繁、快速而无冲击地启动、变速与换向。 (5)液压系统易于实现安全保护，且较机械传动操作简便、省力。（三）树木移栽机的液压系统特点 从工作特点及结构来看，树木移栽机采用液压传动不但是必须的，而且是可能的。移栽机作业的顺序性，间歇性，每一工乍循环短等特点都有利于使用简单、可靠的液压系统。本设计中才用液压系统，下面说明其特点： 本设计的树木移栽机采用东方红-7 5拖拉机液压系统的升降油泵：CB46型齿轮泵为动力装置，操纵元件为多路换向阀及顺序润，执行元件为5个液压油缸。油箱也是采用拖拉机液压系统的油箱。液压系统的主要特点足：（1）采用单泵定量系统这是由于各油缸顺序动作，且工作速度不高，一个齿轮泵的流量就能满足要求。在主回路上设置溢流阀调节系统压力。(2) 采用溢流阀卸荷：本系统未设计专门的卸荷回路，这是为了使系统尽量简单。当各执行元件完成了指定动作后，可以将动力分离，使油泵停止工作，若由于工作需要，不能停止油泵工作，从油泵压出的油可经溢流阀卸荷。这种卸荷方式会导致油液的发热，所以这种状况不能持续太长，也不能经常采用这一方式。4.1液压缸的设计计算作为液压系统的执行元件，液压缸将液压能转化为机械能去驱动主机的工作机构做功。由于液压缸使用场合与条件的千差万别，除了从现有标准产品系列选型外，往往需要根据具体使用场合自行进行设计。4.1.1设计内容液压缸的设计是整个液压系统设计中的一部分，它通常是在对整个系统进行工况分析所后进行的。其设计内容为确定各组成部分（缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、排气装置等）的结构形式、尺寸、材料及相关技术要求等。4.1.2液压缸的类型液压缸的输入是液体的流量和压力，输出的是力和直线速速，液压缸的结构简单，工作可靠性好，被广泛地应用于工业生产各个部门。为了满足各种不同类型机械的各种要求，液压缸具有多种不同的类型。本次设计选择单活塞杆液压缸。4.1.3液压平台的运动与负载分析液压平台的运动方式主要是实现各个液压缸的上升和下降，但在上升和下降过程中在起升阶段会有一段的加速运动，等到加速到所要求的速度时，平台将实现一段的匀速运动，随后减速停止。4.1.4液压缸的设计计算与选取 液压平台上升工况的最大负载。 液压缸的机械效率:。液压缸的工作压力由表4-1可知。表4-1 不同负载条件下的工作压力负载F/KN50工作压力p/MPa0.811.522.53344554.1.5液压缸缸筒的设计和计算1、液压缸内径D的计算由公式 （4-1）（；）解得。根据表3-2可知，圆整成标准值后，得液压缸内径D=80mm。表3-2 液压缸内径尺寸系列mm（GB/T 2348-93）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250（280）320（360）400（450）5002.缸筒壁厚和外径计算本设计的内径D为80mm,查液压设计手册液压缸的外径为95mm,缸壁的厚度为7.5mm。一般按正规的方法选取液压缸壁厚都能满足其强度，但为安全起见我们还要进行校核。由于D=80mm，外径=95mm，则，可按第一强度理论，即按照薄壁圆筒的中径公式计算，则有 （4-2）式中-缸筒壁厚；-缸筒内径；-缸筒试验压力，液压缸的额定压力时的，额定压力时的；-材料许用应力；为材料的抗拉强度，n为安全系数,这里取。选用45号钢，并且调质，查阅工程力学刘静香著可知45号钢的抗拉强度，现取，故：（4-3）由于液压缸的工作压力,故取所以 （4-4）因为7.5m7MPa时，d=0.7D因为P=1.5MPa，D=0.066858mm，故d=0.036771mm根据下表可知活塞杆直径d=40mm表3-3活塞杆直径系列mm（GB/T 2348-93）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400-2、 活塞杆强度校核（1）按强度条件校核由公式 （4-5）式中 d-活塞杆的直径；F-活塞杆上的作用力；-活塞杆材料许用应力，为材料的抗拉强度，为安全系数，一般取；由45号钢的许用应力，得 ，而，故活塞杆强度符合要求。（2） 按弯曲稳定性校核当活塞杆全部伸出后，活塞杆外端到液压缸支撑点之间的距离时，应进行稳定性校核。按材料力学理论，当一根受压直杆的轴向载荷超过临界受压载荷时，即可能失去原有直线状态的平衡，称为失稳，其稳定条件为 （4-6）式中-液压缸的最大推力；-液压缸的临界受压载荷；-稳定安全系数，一般取；液压缸临界受压载荷与活塞杆和缸体的材料、长度、刚度以及两端支撑状况有关。的相关计算如下：由公式 （4-7）式中 -活塞杆的计算长度； -端点安装形式系数，两端固定，故； E-材料的弹性模量，钢材的 ；J-活塞杆的横截面转动惯量，实心杆的；而，故，而（当取4时），故活塞杆弯曲稳定性符合要求。4.1.7最小导向长度H的确定当活塞杆全部伸出时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度。如果导向长度过短。将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。对于一般液压缸，最小导向长度应满足下式要求：（4-8）式中 L-最大工作行程；D-缸筒内径；图4-1 尺寸设计液压缸工作行程的确定：升降液压缸的最大升起高度为1.5m，依据表3-4选取液压缸工作行程为：800mm。表3-4液压缸活塞行程参数系列mm（GB/T 2348-80）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000-故L=0.8m,D=0.08m,代入公式得：活塞宽度B的计算：（4-9）取。导向套滑动面的长度A,由公式 (4-10)由前面的数据可知，故取取。中隔圈K的长度C:由公式,得：。液压缸如下图图4-2 升降液压缸该液压缸有活塞杆（1）、防尘圈（2）、活塞杆密封（3）、活塞杆导向环（4)、前端盖（5）、缸筒（6）、活塞前缓冲（7）、活塞（8）、活塞密封（9）、螺杆止动销（10）、后缓冲套（11）、后缸盖（12）、排气塞（13）。根据设计要求，液压系统图如4-3所示：图4-3 液压原理图开合液压缸，主要技术参数：缸径40，杆径25，行程100mm，工作压力0.5MPa。图4-4 开合液压原理图切土桶液压缸，主要技术参数：缸径80，杆径30，行程800mm，工作压力10MPa。图4-5 切土桶液压原理图5.技术经济性分析1一般企业引进树木移栽机，功能性很强，但经济成本较高，很多场合下，很多功能和高精度都浪费了，形成经济损失。2本设计的机构构成比较简单可行，制造成本不高，摒弃了照搬照抄国外设计，不具体问题具体分析的弊端，避免盲目选择高精度、高性能、高价格的先进元件和设备，从而导致很多功能根本用不着，“大材小用”，造成资源浪费的老设计“套路”和老方法。本设计在满足系统工艺要求的前提下，尽量使结构简单化，使成本大为降低，具有显著的技术经济性。3本设计的动力系统为液压，而拖拉机本身有自带液压系统，可以通过外接的方式，实现功能，具有很好