树木移栽机设计

目录中文摘要1英文摘要21引言31.1 课题研究的意义31.2 机械化移栽目前存在的主要问题31.2.1 移栽前应考虑的因素31.2.2 移栽过程中的注意事项41.2.3 移栽后的养护管理52 总体方案72.1 设计要求72.2 方案一72.3 方案二82.3 方案三102.4 总体方案确定123 树木移栽机总体设计133.1 树木移栽机的构造133.2 工作过程163.3 挖树机构设计173.3.1 工作铲173.3.1 锹铲的设计183.4 锹铲式挖树机构的导轨和导轨支架243.5 液压系统的设计263.6 液压悬挂装置31技术经济性分析34结论35谢辞36参考文献37精品资料，值得下载学习！树木移栽机摘 要：本设计的树木移栽机，用于挖掘直径在8-10cm的较小树木，挖掘土球直径为50cm，土球高度为40cm。 结构设计主要有：机架、铲刀、导轨、液压缸、升降机构的设计。1. 机架：包括一固定机架和两个活动机架，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.铲刀：本设计为菱形铲，共有三个铲刀，分别用螺栓连接在固定导轨上；三个铲刀表面有一定光滑度，经过淬火处理，有一定的硬度和韧性。3.导轨：本设计中的导轨为滚动轴承导轨，固定内圈，外圈可转动。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。5.升降机构：本设计设计的升降机构通过一个导向导轨和两个平行放置的液压缸实现主体结构提升和下降的功能。本设计结构简单、操作简便、机动灵活、作业效率高。 关键词：树木移栽机 铲刀 三点悬挂机构 液压 Tree transplanterAbstract: The design of the tree transplanter is used for digging the smaller trees of 8-10cm,and digging the hole of 50cm in diameter and in the height of 40cm. Structure design are: rack, blade, guide rail, hydraulic cylindersand elevator design.1. Rack: includes a fixed rack and the two activities, the two activities connect with the fixed rack respectively through two vertical rack shaft from both sides of the hinge. And the two activities connect with the opening and closing cylinder through the piston shaft.2. Blade: The design is called the diamond blade and there are three blades, bolted in a fixed rail respectively; Three blades have smooth surface and a certain hardness and toughness after quenching.3. Rail: The design of the rail track is called the rolling bearing. It fixes the inner ring and outer ring can be rotated.4. Hydraulic cylinder: the design have three groups of hydraulic cylinders, including the opening and closing hydraulic cylinder, digging hydraulic cylinder and lift hydraulic cylinder. They achieve the opening and closing the next shovel and lift functions respectively.5. Lifting mechanism: The design of the lifting body have a guide rail and two hydraulic cylinders placed parallel to the main structure to achieve improvement and decline in function.The design have simple structure, easy operation, flexible, high efficiency.Keywords：tree transplanter blade Hand organization form with three points hydraulic pressure1 引言1.1 课题研究的意义城市绿化是城市生态环境建设的核心内容。其生态效应是由绿量决定的，而绿量的大小则取决于组成城市绿化主导材料的各种类树木所表现的叶面大小和树冠覆盖面积，所以种植树木是短期内加快城市生态环境建设和提高城市生态环境质量的主要手段和途径。据测定，树木吸取C02、制造O2的功能是草坪的5倍1hm2树木每年可吸收C0216t，释放0212t，吸收量是草坪的3倍，年可滞尘0.9t，可吸收S02300kg，畜水1500t，空气湿度可增加54。可见，树木产生的生态效应是非常明显的。在目前城市热岛效应日趋明昱和人们对城市居住环境品质要求不断提高的新形势下，在城市中推行种植有一定体量和相当数量的树木就显得尤为重要瓤迫切。在当前城市绿化建设过程中普遍进行较大规格树木移植时，因城市生境的特殊眭和差异性，其移植后的成活率及生长表现有时往往不容乐观。这不仅在定程度上浪费了社会生态资源，而且影响了城市绿地的建植效果。因此，进行树木移栽机的研究和设计，并成功投入使用，对城市绿化和环境美化有着重大的意义。1.2 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。1.2.1 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。基本条件：季节适时。移植树木的成功率高低在很大程度上取决于移植树木季节的选择，而考虑适时选择主要是因为此时树木的生理代谢较易得到平衡。一般情况下，常绿树移植选择在春季，即3月下旬至5月上旬。这段时期气温回升，雨量充足，光照适中，常绿树在此期问枝叶、根系处于生理生长发育期，移植受损的伤口能及时产生愈合组织，即新芽新根能在短期内得到恢复或修复。落叶树般则选择在秋冬季，即树木落叶后到发芽前。因此时树木处于休眠期，而落叶树大多数季相明显，移植时都以保持全冠为宜，所以相对春季选择秋冬季更为妥当，但具体时间的选择还需根据树木的习性和物候特点来确定。适时选择树木的移植时间是建立在树势平衡这个基本原理之上的。 断根缩坨。从树木薪防；代谢括动的生理危度来看，树木移植经过掘起、搬运、再种植，其根系大量受损，树木的水分和有机物质大量消耗，这就打破了地上部分和地下部分的平衡，因为维持树木地上部分枝叶平衡主要依靠地下部分的根系来供给养分，而根系则主要通过大量的毛根和须根来完成，所以毛须根的数量和生理质量起着至关重要的作用。锵决树木移植中确保毛须根完整的有效办法就是采用科学的传统技法断根缩坨，也称同根法，盘根法，般在树木移植前13年通过挖沟断根、对根径lcm以上的粗根进行环状剥皮、覆士等步骤来完成对树木的断根缩坨处理，断根是提高移植树木成活率的关键因素之一。 1.2.2 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。1.2.3 移栽后的养护管理旱季的管理：6-9月，大部分时间气温在280C以上，且湿度小，是最难管理的时期。如果管理不当造成根干缺水、树皮龟裂，会导致树木死亡。这时的管理要特别注意：是遮阳防晒，可以树冠外围东西方向“几字型，盖遮阳网，这样能较好的挡住太阳的直射光，使树叶免遭灼伤；二是根部灌水，预埋的塑料管或竹筒内灌水，此方法可避免浇“半截水”能一次浇透，平常能使土壤见干见湿，也可往树冠外的洞穴灌水，增加钳木周围土壤的湿度；三是甜南面架设三角支架，安装个高了树l米的喷灌装置，尽量调成雾状水，因为夏、秋季大多吹南风，密装在南面可经常给树冠喷水，使树干树叶保持湿润，也增加了树周围的湿度，并降低了温度，减少了树木体内有限水分、养分的消耗。没条件对可采“滴灌法”，即在树旁搭个三角架，上面吊一只储水梗，在桶下部打若干孔，用硅胶将塑料管粘在孔上，另一端用火烧后封死，将管螺旋状绕在树干和树枝上，按需要从没方向在管上打孔至滴水，同样可起到湿润树干树枝、减少水分养分消耗的作用。雨季的管理：南方春季雨水多，空气温度大，这时主要应抗涝。由于树木初生芽叶，根部伤口未愈合，往往会赞附木死亡。雨季用潜水泵逐个抽干穴内水，避免树木被水浸泡。寒冷季节的管理：要加强抗寒、保暖措施。一是要用草绳绕干，包裹保暖，这样能有效地低御低温和寒风的侵害，二是搭建简易的塑料薄膜温室，提高树木的温、湿度，三是选择一天中温度相对较高的中午浇水或叶面喷水。移栽后的施肥：由于树木损伤大，第一年不能施肥，第二年根据树的生长情况施农家肥或叶面喷肥。移栽后病虫害的防治：移植树木的病虫害一般由原生境附带而来的居多，所以在移植前须对树木进行病虫害的治理和健康植株树木的挑选，在移植地应特别注意对土壤和移植树木损伤截U的处理，尽量减少病菌的滋生和感染。穆植后的树木一旦发现虫害可采用捕杀、诱杀、化学施药法等进行处理，发现病害一般采用人工清除、化学施药进行防治。可用多菌灵或托布津、敌杀死等农药混合喷施。分4月、7月、9月三个阶段，每个阶段连续喷本次药，每星期一次，正常情况下可达到防治的目的。 大树移栽后，一定要加强养护管理。俗话说得好，“三分钟，七分管”，由此可见，养护管理环节在绿化建设中的重要性。当然，要切实提高大树移栽后的成活率，还要在绿地规划设计、树种选择等方面动动脑筋，下点功夫。2 总体方案2.1 设计要求本设计的树木挖载机主要用于树木的挖掘、切根处理和移栽。挖掘土球直径不大于800mm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 方案一本实用新型涉及一种树木挖掘移栽机。 该移栽机有一个十字形升降机架，它安装在固定机架内；升降机架的顶端向下顺序与切土铲油缸及切土铲连接；切土铲的两侧与切土铲活动臂固定连接，切土铲活动臂的两端与固定切土铲臂框架铰连接；升降机架的中部固定连接一个横向的切土桶活动臂及固定器臂，并顺序与切土桶固定臂、切土桶油缸缸体及桶状的切土桶连接；固定器臂中部与升降机架连接，两端与切土铲活动臂连接固定；切土桶框架的底端横向的连接一个分合油缸。 该机是全机械化作业，它结构简单，价格低廉，效率高、用途广，它能和多种型号的拖拉机或其它动力机械配套安装，适用于各种树、苗木的挖掘移植。如下图2.1所示：图2.1 方案一该装置主要由升降机架(1)、固定机架(2)、升降油缸(3)、切土铲油缸(4)、切土铲活动臂(5)、切土桶油缸(6)、切土桶活动臂(7、16)、切土桶(8)、固定切土铲臂框架(9)、滑轮(10)、切土铲(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)组成；其特征是：该移栽机有一个十字形的竖向安装的升降机架(1)，它滑动配合的安装在固定机架(2)内，固定机架(2)为一个前面开口的管状结构，它通过后部的连接架与动力机连接固定使用；固定机架(2)的底端向前伸出与升降油缸(3)的伸缩轴连接，升降油缸(3)的顶端与升降机架(1)的顶部连接，支持升降机架(1)的上下运动；升降机架(1)的顶端平向的向前伸出，该伸出端向下顺序与切土铲油缸(4)及切土铲(11)连接；切土铲(11)为一个弧形的板状结构，它的上部两侧与“n”形的切土铲活动臂(5)的中部固定连接，切土铲活动臂(5)的两端各与一侧开口的管状形固定切土铲臂框架(9)上端铰连接，它的作用是使切土铲(11)定位切入到被移树的底部；升降机架(1)的中部顺序圆定连接有横向的切土桶固定臂(17)、切土桶活动臂(7、16)及固定器框架(15)；切土桶固定臂(17)伸向两边呈十字型，其两端，各铰连接着向外伸出的切土桶活动臂(7、16)，并顺序与直杆式的切土桶固定架(14)及切土桶油缸(6)的缸体固定连接；切土桶油缸(6)的伸出轴连接着桶状的切土桶(8)，切土桶(8)的外测，连接有滑轮(10)及滑块，它与切土桶固定架(14)滑动配合安装；固定器臂(15)中部与升降机架(1)连接，两端各与固定切土铲臂框架(9)的顶端连接固定；切土桶固定架(14)上安装有分合臂，两个分台臂之间横向的连接一个切土桶分合油缸( 12)。2.3 方案二一种带土移树机，它主要解决在环境绿化植树造林中，需要移栽苗木，但目前大都采取移栽裸露根部的树木，不但易损伤根部，而且容易丧失水分，返青慢，影响成活率，对于因城市建设而无地容身的较大的树木由于没有专用机械，大多数被砍伐等问题，本实用新型包括单斗装载机和切割装置，其特征是切割装置设有与单斗装载机摇臂和翻转顶杆连接的箱体，箱体内组装与装载机油压系统连通的油缸，油缸的活塞杆传动联接相对的一对刀具，刀具固定联接在导套或导轨上，导套或导轨活动组装在箱体内的导柱或导槽上。优虑是实现带土移栽苗木机械化，提高移栽树木成活率和移栽效率，满足城市绿化和成树移栽的需要。图2.2图 2.3图 2.4如图2.2,2.3.2.4，本方案采用现有的装载机来保证其运输能力，将装载机4的铲斗部分改设为切割装置，切割装置设有箱体l，箱体1通过其上的联接耳15与单斗装载机4的摇臂2和翻转顶杆3活动连接。箱体1的底部四角组装四个支脚螺钉，用来调整箱底与地面的距离，可以调整土墩切割深度，以获得不同大小的土墩。箱体l内组装与装载机4油压系统连通的单油缸14，单油缸14的活塞杆13铰接左右两套杠杆11，杠杆11通过铰轴12铰接在箱体1上，杠杆11的另一端为拨叉7，它拨动另一杠杆16的一端头9，杠杆16通过铰轴17铰接在箱体上，杠杆16的另一端铰接刀具10，刀具10的两侧固定联接两个导套6，导套6滑动组装在箱体内的导柱5上，两侧的刀具10是相对的。刀具可采用半圆锥形，一对刀具即组成一个圆锥形，当一对刀具相对斜向切入，获得圆锥形土墩。也可以采用棱锥形一对刀具，双向斜切到底，两刀具合成一起为止，获得四棱锥体形土墩。还可以采用一对棱楔形刀具，其切割的土墩为棱楔形。2.3 方案三 本实用新型涉及一种液压树木移栽机，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，各机架上分别固定向下倾斜的滑槽，滑槽内装有可以沿槽滑移的弧形铲，滑槽和弧形铲分别与升降油缸的缸体和活塞轴连接。挖掘时，机具就位后，分别启动各机架上弧形铲升降油缸，使直铲沿滑槽向下运动，插入土壤中至预定位置即可。本实用薪型结构简单、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 2.5图 2.6本实施例的液压树木移栽机上图所示，由活动机架1、滑槽2、带有滑块的弧形铲3、机架开闭油缸轴4、机架开闭油缸5、垂直转轴6、固定机架7、铲升降油缸轴8、。可调脚撑9、铲升降油缸1 0、多路换向控制阀1 1、挂接架1 2等部件组成。左、右两活动机架1通过转轴6与固定机架7铰接，两机架开闭油缸5的缸体以及活塞轴4分别连接在活动机架1和固定机架7外侧。各机架按一定倾斜角度分别焊有三个滑槽2，形成上开下收的形状。下尖上宽的铲与滑块焊接或铆接为一体，从而使带有滑块的弧形铲3装入滑槽2中，并通过装在滑块内的铲升降油缸1 0及其两端的铲升降活塞轴8分别与滑槽2相连。左、右两只可调脚撑9置于固定机架两侧，保证机具停放时的穗定性和调节挖掘深度。装有操纵杆的多路换向控制阀1 1通过液压管路分别与各油缸的接口及主机液压油泵相连，形成液压控制系统。挂接架12通过销轴将机具与具有液压输出装置和行走系统的主机挂接，组合成完整的机组。2.4 总体方案确定 根据设计要求，选定方案三，确定本设计为三铲式树木移栽机。主体结构由三点悬挂装置挂接在拖拉机尾部，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60s/颗。整机外形尺寸（长宽高）1738cm1777cm2274cm。3 树木移栽机总体设计3.1 树木移栽机的构造该机主要由对中微调机构、升降机构、挖树机构、压实调整机构、喷水装置和液压传动装置构成。（1）对中微调机构对中微调机构是调整工作装置与苗木位置在横向不同心的微调机构。它由旋转横梁、端面轴承销轴、加强梁和微调油缸组成。加强梁通过螺栓固定在翻斗车的纵梁上，螺转横梁通过销轴和端面轴承与底盘前横梁相接。油缸缸筒端部铰装在加强架的支座上，油缸的活塞杆则与旋转横梁铰连。微调油缸伸缩使旋转横梁绕销轴相对前端梁摆动。摆动幅度为100mm（弧长），因此对中微调范围为200mm。图3.1和3.2所示为对中微调机构的示意图：图 3.1 对中微调机构图 3.2 对中微调机构1旋转横梁 2.升降导轨 3.微调油缸 4.支座 5.拖拉机机架（2）升降机构升降机构是使机架及其安装在机架上的树铲机构和压实调整机构的工作装置一起作上下运动，实现在起苗前先将工作装置下降放置在苗床上，起苗后将工作装置与苗木一起提升。它由框架式升降导轨、升降支臂及两个双作用油缸构成。框架式升降导轨焊接在对中微调机构的旋转横梁上。升降油缸的缸筒与框架式导轨铰连，另一端活塞杆则与导轨架连接。导轨架与支臂用螺栓联结。支臂的端部装有滚轮，它们与升降导轨配合。升降油缸带动铲支架和整个挖树机构通过支臂滚轮沿导轨作上、下运动，从而实现机具的升降。（3）挖树机构挖树机构由导轨架、导轨、铲刀等构成。导轨架由型钢焊接组成环形构件。它分为三部分，相互铰接在一起。后面的两个支架可以开闭。打开时，树苗茎干可以进入支架中心。挖苗时，它们可以插销闭锁，以增强工作装置的刚性。三组弧形导轨焊接在导轨架上，锹铲由铲柄、滚轮和铲刀构成。铲刀和滚轮由螺栓固定在铲柄上，铲刀通过滚轮与导轨配合。铲油缸的缸筒与导轨架上的支座铰接，活塞杆则与铲柄铰接。当铲油缸伸缩时，锹铲则通过滚轮在弧形导轨中运动。（4）压实调整机构压实调整机构是增加土球密度，调节土球尺寸的机构。压实调整机构包括两个油缸和两付压实板构成。压实调整油缸的一端与焊在导轨限位板上的支座铰接，油缸的另一端铰接压实板。压实板随油缸提升和下降。起苗时，压实板下降、压实土球，增加土球容重，使它不易松散。压实板是可以更换的，更换压实板的大小，即可获得同样大小的土球。在起小土球时，它还起着支撑树铲机构的作用，因此是靠机重压实土球。压实土球力的大小视土壤情况而定。如图3.3所示： 图 3.3 压实调整机构（5）润水装置根据造林技术要求，带土球的苗木要求含水量高，以保证苗木的成活率。因此，该树木移栽机安装了水箱，既可装水，又可装药液，还起到配重作用，提高了机具的稳定性。润水装置如图所示。润水系统可直接将水沿铲刀体表面渗入土球，这一方面起润滑作用，以减小钢与土之间的摩擦力；另一方面增加了土球的水分，产生水膜使土球表面形成粘性较大的光滑土层，从而保证土球更不易松散，提高了苗木的成活率。润水机构由水箱、水管、阀门组成。打开阀既有水从水管流入铲刀面上，以减小铲刀入土时工作面的摩擦阻力，并使土球增加含水量。如图3.4所示：图 3.4 润水装置（6）液压装置液压装置由油箱、油泵、多路换向阀及液压油缸组成。液压油泵为CB3-10型齿轮泵。液压装置会在后面章节中详细描述。（7）底盘的选择我国没有苗圃专用底盘，大部分苗圃都是很i用农用拖拉机。因此，只能根据该起苗机的特点来选择底盘。起苗时，尽量保证苗木在土球的中心位置，就必须使操作者有良好的视野。综合考虑选用后置式三点悬挂拖拉机。3.2 工作过程（1）用人工打开挖树机构的开闭锁，使机器前进，让苗木位于铲刀的中央。（2）操纵升降油缸控制手柄，使挖树机构下降。若铲组与苗木在横向不同心可调整对中微调机构手柄，使升降导轨和铲组绕前横梁上的销轴转动，实现微调动作。人工关闭闸锁。（3）操纵铲油缸控制手柄，使锹铲顺序入土挖掘苗木。若挖掘困难可打开水阀门润滑铲面、湿润土壤，然后再下铲挖掘。（4）当工作铲达到最低位置时，操纵升降机构，提升挖树机构和苗木。（5）把机器驶离挖掘点，卸下苗木，再进行下一次作业。3.3 挖树机构设计 3.3.1 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。如前所述，树木移栽机中采用两类工作铲，第一类是切土刀，它是用一种在土壤中沿直线低速运动的斜面切削土壤及树木的根系，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；第二类是锹铲，它可以简化为作直线低速运动的有刃口的薄片，锹铲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。 林业技术要求： 树木的种类和年龄影响树根的生长和分布特性，因此树木移栽机只能挖掘一定年龄（或规格）的树木。为了提高移栽机的利用率，它的工作对象一定是某地区的常用园林绿化树种。通常这类树的定植年龄在园林栽植工艺上也是确定了的。因此在制定设计任务书时就应根据园林技术要求，确定树木移栽机最适宜的树种和树龄。例如2QT-50起苗机的适用范围即为35年生、树径80mm以下需带土移栽的樟树、雪松等大苗木。2ZS-100型树木移栽机规定移栽80120mm（根径）的橡胶树和桉树。在锹铲式移栽机上规定了允许挖掘的树种最大根径，这是由于根部直径与树木的年龄有关，也决定了根系生长状况。不言而喻，对某一树种来说年龄愈大，根系愈粗，须根愈多，而为了提高栽植成活率，移栽时要求带的根部土团也大；移栽机工作部件尺寸和所配动力的功率也要大。移栽机的工作对象确定以后，即可通过收集资料或实地调查，了解树木根系状况及移植时要求的根部土球尺寸。林业技术一般都可提供这些数据。例如在长江中下游，一般观赏大苗要求苗木土球直径为根径的6-10倍，高度不小于30cm。这是由于苗木的须根主要在这一范围内。林业技术对移栽机的其它要求是:尽量多包容该范围内的须根及土壤，不伤根、不失土。由于供移植的大苗大多出自于圃地，因此设计挖树机构时应考虑苗木的株行距，以方便工作，不伤其它苗木。在保证要求的前提下尽量减小机构尺寸是必须遵循的原则，因为这不仅可以降低材料消耗，也可降低机器重量，减少动力消耗，而且能保证机器安全和方便地完成移植作业。3.3.1 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3.5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。下图为曲面餐刀的结构及示意图。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。因为铲刀体由薄钢板组成，整体刚度相对较差，分析时将铲刀体两侧受到的力集中简化为沿铲臂直径方向的法向力。由于这部分垂直于铲臂的法向压应力是铲刀下铲过程中土壤受铲刀作用而附加产生的应力，故称为附加法向压应力。 图 3.5 切土原理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：锹铲式树木移栽机上使用着两种铲刀：菱形铲和匙形铲。 菱形铲是一种曲面铲，纵截平面与铲工作面的交线是直线，横截平面与铲工作平面的交线是等曲率的圆弧。移栽机铲组在挖掘结束时形成一个空心圆锥面，所以每个菱形铲是圆锥面的一部分。这种铲结构较简，制造比较容易。与这种铲相配的导轨为直线形，制造较容易。与这种铲相配的导轨为直线形、制造较容易。设导轨架中心一侧为内，这种锹铲一般都配置在导轨的内部。若要挖同一规格的土球，菱形铲在直线导轨上所移动的直线距离较长，因此这种挖树机构外形尺寸较大，所以多用来挖小树，所配用的动力的功率也较小。 匙形铲是一种球面铲、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，若匙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，则匙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。锹铲数的确定生产上使用的树木移栽机配置有3到4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。树木移栽机工作时采用单铲顺序入土的挖掘方式，单铲阻力也就决定了设计的油缸活塞面积、油缸压力和所配用的动力功率。铲的工作阻力还与机器的平衡和稳定有关。因此当所挖掘根的土球尺寸、配用动力和基础机械的重量分布决定以后，即可根据试验或计算确定锹铲数。例如2QT-50型起苗机，两铲式的单铲阻力为21KN；三铲式的单铲阻力为15KN；四铲式的单铲阻力为10KN。根据对配用功率、克服工作反力的前轮重和配重的计算，该机以采用三铲和四铲为宜。此外还应综合考虑结构设计、使用条件。铲数越多机架尺寸要加大，挖树机构必然会变的庞大，机器的重量也会增加。2QT-50型起苗机主要用于苗圃中株行距较小的苗木，挖树机构要紧凑才能正常工作，所以在权衡各种因素以后，决定给这种机器配三把锹铲。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R1(纵向)、R2(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。图3.6所示，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。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：R2 =式中 D土球直径。图 3.6 菱形铲的结构参数图 3.7 匙形铲的结构参数图2.7所示，匙形铲的结构参数及确定参数R1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=1500mm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R2可按下式决定： R2=R=1500mm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。3.3.2 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。图3.8说明铲刀体的受力图。其中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。根据土力学理论分析，将各作用力向轴投影，整理后可得到铲刀的下铲阻力的计算式：当铲刀匀速下铲时，铲油缸施加在铲刀体上的作用力即与下铲阻力相平衡。由上式可知铲刀的下铲阻力与铲刀的最大投影弧长R，铲刀的倾角，铲刀的两刃口之间的夹角等结构参数有关。除此以外铲刀的工作阻力还与工作深度z，土壤特性等多种因素有关。由于目前土壤力学发展水乎的限制，还不能用理论方法完全求解铲刀的下铲阻力。在用上式来计算下铲阻力时，不仅需要测量常规的土壤参数和土壤一铲刀体系统参数（如土壤容重、土壤一铲刀体表面的表观摩擦系数1等），而且还需要采用复杂的测试手段（如专用的压力传感器及其测试系统），以获得铲刀体及铲刀刃刃面与土壤接触部分的压力值及其分布情况。这在通常情况下是难以办到的。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：式中 X铲刀下铲位移量（m）； 0土壤容重(g/cm3)； 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,x=0-0.9m与工作铲下铲阻力的理论计算公式相比较可知，这两个公式所反映的影响下铲阻力的因素是一致的。实验和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诘度，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。如前所述根据整机的性能要求，合理选择挖树机构的铲刀数目也可降低下铲阻力。图 3.8 菱形曲面铲体受力 图 3.9 附加法向压应力3.4 锹铲式挖树机构的导轨和导轨支架（一）导轨及锹铲与导轨的配合 导轨是锹铲的支持和导向装置工作铲的形状不同与其配合的导轨结构也不一样，一般菱形铲（直铲）与直导轨配合，铲置于导轨内部，动力油缸则置于导轨的外部；匙形铲则与弯导轨配合，锹铲置于导轨外部，动力油缸置于导轨和铲刀之间。对于要求外形尺寸较小的起苗机，也有将铲油缸布置在导轨内部的。工作铲和导轨的这种配合形式主要是为了保证铲刀刃口的正常切削人士，铲背不产生入土阻力。如匙形铲与弯导轨配合，由于弯曲轨的曲率与匙形铲的纵向曲率相等，锹铲在导轨中运动，铲刀每一点的运动方向均是切线方向，这洋铲刀背就不会受到垂直向上的人土阻力。锹铲与导轨均采用滚轮配合。图3.10示锹铲与导轨的配合方式。这种配合的结构特点是在铲柄两侧各装一轮轴，其上安装滚轮，滚轮配合在槽形导轨的内表面。铲油缸的缸筒一端与导轨支架铰接，活塞杆与铲柄上端铰接，在油缸的作用下，滚轮在导轨槽中滑动，使锹铲沿设计轨迹作切削进给运动。采用滚动配合可以减小摩擦阻力，提高配合零件的使用寿命；但内轨道的表面加工较困难，要保证制造精度在工艺上所采取的措施也较复杂。图 3.10 锹铲与导轨的配合示意图（a） 匙形铲与弯导轨 （b）菱形铲与直导轨 （c）滚轮和导轨配合1. 导轨 2.铲柄 3.油缸 4.滚轮（二）导轨支架 导轨支架为导轨的安装基础并保证锹铲的人土角，以挖掘符合要求的带根土球。它也是与提升机构相连接的部件，导轨支架有“V”形、 方形和圆形等多种形式。人多数导轨支架为方形。图3.11所示与履带式拖拉机悬挂的树木移栽机。它的挖树机构是由两个对置的锹铲和“V”形支架构成的。该锹铲在斜置的导向管内，由中间的液压油缸传动上、下运动。导管支架通过连接瞀与主提升油缸相接。这种挖树机构结构较简单，但为保证支架强度，其厚度必须增加，因而架体笨重。这种挖树机构的两个锹铲在挖掘合拢后不能构成一个完整的封闭几何体，因而土球上的部分土壤不能和土体分离，当提升时还会产生撕断根系及土层的悄况，不仅增加了提升阻力，也影响栽植树木的生长。大多数移栽机均有一个方形框架式导轨架。导轨架由前架和后架两部分组成，它们之问用销轴连接。两个后架可由液压油缸打开和闭台。树木移栽机的导轨架用型钢和钢板焊接而成，导轨焊在相应的位置上，构成机架的一部分。在导轨架上还焊有油缸支座。这种框架式焊接导轨架具有强度高，重量轻，使用可靠的优点。图 3.11 二铲式树木移栽机1.液压主提升油缸 2拖拉机 3平衡重块 4 装树箱架 5半圆锥形锹铲 6铲子升降导向管 7铲升降油缸 在本设计中同样采用方形导轨架。滚动轴承导轨，如图3.12所示：图 3.12 导轨装配图3.5 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）树木移栽机的工作特点 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，锹铲按132的顺序铲入土中，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，稳定器收回，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，有些辅助动作（如提升，收回稳定器等）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9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) 采用多路换向阀，各手动换向阀之间采用并联。手动换向阀结构简单、操作方便、并可利用阀芯开口大小调节流量从而控制油缸的工作速度。这种调速方式较简单，而且方便，只是油液易发热，但由于工作机构是间歇、短时间工作的，油温有充分时间耗散，对工作不会产生大的影响。各执行元件与主油路采用并联，并使各支路上执行元件的工作压力接近一致，有利于工作部件的正常工作。 (3)采用顺序阀，控制三个油缸的动作。这是由于本系统的换向阀只有六路，但要控制9个油缸动作，所以在开合油缸5和定位油缸6之间安装有两个单向顺序阀，使一个换向阀可以控制三个油缸的动作。即开合油缸先动作，待导轨架进入闭合位置，停止工作时，定位油缸立即开始工作，将铲组锁定。反之，若定位油缸先工作，至定位轴松开后，开合油缸立即动作，使两个后导轨架转到开启位置。这种设计缩小了操作装置的体积，减少了控制动作，也增加了操作的方便性。(4)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。根据设计要求，本设计中的液压系统图如3.13所示：图 3.13 液压系统图（四）液压缸的设计（1）升降液压缸,主要技术参数为： 缸径80，杆径30，行程800mm，工作压力10MPa。如下图3.14所示：图 3.14 升降油缸（2）开合液压缸，主要技术参数：缸径40，杆径25，行程400mm，工作压力0.5MPa。如下图3.15所示：图 3.15 开合液压缸（2）铲土液压缸，主要技术参数：缸径80，杆径30，行程500mm，工作压力15MPa。如下图3.16所示：图 3.16 铲土液压缸3.6 液压悬挂装置液压悬挂装置由悬挂装置、液压系统、操作和耕深控制机构等组成。悬挂装置是拖拉机连接和提升机具的杆件组成的空间机构；液压系统由液压泵、油缸、控制阀和其他液压元件组成；操纵和耕深控制机构是由操纵机构和伺服控制机构组成。拖拉机的液压悬挂装置按悬挂装置在拖拉机上的布置分为前悬挂、后悬挂、侧悬挂及轴间悬挂。大多数拖拉机为后悬挂，也可兼有前悬挂或轴间悬挂。（一）悬挂装置的主要功能悬挂装置的功能是挂接和升降机具、并传递牵引力、对其主要 性能要求是：1、各杆件的位置和连接尺寸必须符合国家有关标准，以保证拖拉机与不同机具配套的互换性。2、应使耕作机具有良好的入土性能，在较短距离内达到预定耕深并使耕幅稳定。3、应有限位机构，使机具在运输和工作位置时，横向摆动限制在一定范围内或不摆动。4、机具在运输位置时，应有足够的运输高度，满足机组的纵向通过性要求。通常拖拉机采用三点悬挂（有三个铰接点）见图3.17（a）所示，履带拖拉机也有两点悬挂，即两根下拉杆的铰接点合为一个，见图3.17（b）所示。图 3,17 拖拉机的悬挂装置（a） 三点悬挂 （b）两点悬挂1.下拉杆 2.提升杆 3.提升臂 4.上拉杆 下拉杆用来提升农具和传递牵引力。上拉杆用来调节农具在纵向平面的俯仰。农具的提升是由与油缸相连的提升臂带动提升杆和下拉杆来实现；下降是靠农具的重力作用。限位机构主要是限制下拉杆横向摆动量及满足不允许农具摆动的一些作业需要。（二）后置式三点悬挂装置 轮式拖拉机后置式三点悬挂装置的主要尺寸应符合GB/T 1593.1-1996、1593.2-2003和1593.4-2004的规定。上述标准分别适用不同的动力输出轴功率。GB/T 1593.1适用于表1-3-1所列拖拉机；GB/T 1593.2适用于动力输出轴功率不大于48KW的窄轮距（轮距小于1150mm）拖拉机；GB/T 1593.4适用于动力输出轴功率不大于15KW的小型轮式拖拉机。1.后置三点悬挂装置主要名称（见图3.18）。悬挂杆件，由一根上拉杆和两根下拉杆组成，拉杆两端分别与拖拉机和农具用球铰连接。悬挂点，拉杆与农具间球铰连接的中心点，有上悬挂点 ，下悬挂点。铰接点，拉杆与拖拉机间球铰连接中心点，有上铰接点，下铰接点。立柱高度、立柱倾角、立柱调整，上悬挂点至下悬挂点公共轴线的垂直距离为立柱高度（图3.18中的M）；立柱相对于铅垂线倾斜的角度为立柱倾角，规定立柱向前倾斜的角度为正；立柱调整是指立柱在纵向铅垂平面内有效移动范围，以下悬挂点距地面的最大和最小高度表示。当采用标准立柱高度时，立柱倾角应能在0-10范围内调整。立柱的调整可控制农具纵向倾斜度，因此确定农具的耕深范围。下悬挂点最大高度，下拉杆处于最低置时，下悬挂点至地面的垂直距离。此高度可借调节提升杆长度或改变安装位置来调整。