1、小型果树移栽机及其铲斗组件的仿真分析 学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 指导教师 日 期 2012.6 xx大学教务处制前 言 果业发展是人类生存和社会经济发展的经济基础，一个能够持续发展的果业应该是一 个既能满足当前需要又不危后继需求的产业。因而，随着世界性果业日益发展，节约成本 和寻找新移植植方式就摆在了人们的面前。 我国幅员辽阔，具有丰富的土地资源和良好的开发基础。随着科技的进步，人们生活 水平的提高，对果品的消费需求呈增长趋势。因此发展果业势在必行。 枣业是果业中的一种，在新疆南疆一带种植广泛，但是移栽效率低，我国的移栽技术刚刚 处
2、于起步试验阶段，目前仍以人工移栽为主。人工移栽难以实现大规模种栽植，从而导致 生产规模小，生产效益低，不利于移栽技术的推广。从长远来看，机械化移栽可以实现育 苗移栽一体化。现阶段我国移栽技术发展极不平衡。我国针对不同的果树及其它作物分别 研制了相应的栽植机，由于栽植作业质量与农艺要求还有一定差距，未能大面积推广。随 着林果业种植面积和生产规模的扩大，在有人工作业方式使用，已不能满足林果产业化的 步伐。我国在引进国外技术的基础上开发自己的产品，以缓解劳动力紧张和提高生产效率。 因此枣树移栽机的发展已成为枣树移栽的趋势。目录 1.绪论.1 1.1课题研究的目的和意义.1 2.机械化移栽目前存在的问
3、题 .2 2.1移栽前应考虑的因素.2 2.2移栽过程中应该注意的事项.3 2.3移栽后的管理与维护.3 3.设计方案的选择.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.总体方案的确定.8 5.小型果树移栽机总体结构的设计.9 5.1铲斗组件的设计.9 5.2开合机架的设计.9 5.3提升机构的设计.10 5.4提升架的设计.10 5.5液压装置.10 6.小型果树移栽机的工作过程 .10 7.挖树机构铲斗的有限元分析 .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.液压传动系统结构 .23 8
4、.1液压传动系统的作用.23 8.2液压传动系统的组成.23 8.3液压基本回路图.23 8.4液压传动系统的工作原理.24 8.5液压泵.24 8.5.1液压泵的基本原理.24 8.5.2液压泵的工作特点.24 8.6液压缸.25 8.6.1液压缸的结构.25 9.技术经济性分析.25 10.结论.25 致谢 .27 塔里木大学毕业设计 1 参考文献 .28 塔里木大学毕业设计 2 1.绪论 1.1 课题研究的目的和意义 果树在栽植过程中都是沿用传统的人工栽植的方法，传统栽植法劳动力大、强度大， 机器的机动性、适应性低，能耗高、效率较低等问题。要实现由传统栽植技术向现代栽植 技术的转变。需因
5、地制宜，大力发展果树栽植机械化。为了充分利用资源减少自然灾害， 争取高产，机械化移栽是有效途径。这样可以解决人工栽植过程中的栽植劳动强度大，所 需劳动力较多，产品粗大笨重，成本高、效率低，质量难以保证的问题。红枣种植过程机 械化程度的提高，大大降低了劳动强度，大量解放劳动生产力向二三产业转移，有助于农 村城市化、工业化，对提高农民素质和生活质量，实现农业现代化具有重要的作用。红枣 生产中的移栽是果树抚育机械之一，是实现枣业全程机械化的一个重要一环。因此移栽机 研究的目的毋庸置疑。 生态果业机械化发展已经步入新的历史起点，生态果业机械化作为发展现代化农业的 主要内和主要标志，适合地区生产需要的栽
6、植机植种类较少、单一，科技含量不高，不能 满足果业生产发展的要求。因此在此大好的趋势之下发展小型果树移栽机是非常有意义的。 1.2 国内外研究现状分析 1 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。 由于没有突破育苗移栽机械化过程中的技术难题，使这一技术搁浅。 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，20世纪80年代以后近年来由于农业生产的发展，移栽机具发展迅速，从不到l 000台上升到将近8 000台。东北等大型农场多采用工厂化营养钵苗和机械化栽植技术，总 体水平相对较高。 我国长期以来，树苗移植一直沿用
7、传统的手工劳动方式，劳动强度大，生产效率低。 由于果树移植面积的增加和农村劳动力的转移，移栽技术落后、效率低已成为果树增产的 制约因素，果树移栽自动化和机械化已成为农民越来越迫切的要求。与水稻、玉米、小麦 生产机械化发展速度相比，果树移栽机械化的发展速度比较缓慢。这种状况与当前加快实 现农业现代化的形式要求不适应。有关资料显示，美国、法国、英国和日本等国在自动移 栽机的研制方面均取得了很大的成绩。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
8、进移栽植树机，在 东北地区西部营造防护林。1960年开始设计和制造拖拉机牵引式半自动投苗植树机。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。 我国的移栽技术刚刚处于起步试验阶段，目前仍以人工移栽为主。
9、人工移栽难以实现 大规模种栽植，从而导致生产规模小，生产效益低，不利于移栽技术的推广。从长远来看， 机械化移栽可以实现育苗移栽一体化。现阶段我国移栽技术发展极不平衡。我国针对不同 的果树及其它作物分别研制了相应的移栽机，由于移栽作业质量与农艺要求还有一定差距， 未能大面积推广。随着林果业种植面积和生产规模的扩大，在有人工作业方式使用，已不 能满足林果产业化的步伐。我国在引进国外技术的基础上开发自己的产品，以缓解劳动力 紧张和提高生产效率。在我国，果树的栽植具有季节性和区域性特点，机具作业时间短， 单一性能机具的年使率降低，因此在今后的设计中，应尽量考虑一机多用的问题。具体要 塔里木大学毕业设计
10、 3 改进的措施：一是研制适用不同的土壤条件和工作条件的机具；二是设计通用机架，在更 换其他工作部件后即可完成其他果树林作业项目，提高其使用率和互换性；三是要考虑人 机的工程学原理，要让人舒服，健康的工作，提高安全性能。现在我们国家的移栽技术还 不够成熟，好多还是借鉴他国的，单一的机械不能通用到其他地区的工作，有待机械多样 性，不仅能够适用种植果树苗还要适用其他的树种，更要发展到植树造林的机械上一样可 以通用。种种的原因、地理位置及技术条件证明我们加大力度发展机械化势在必行。 世界上移栽技术发展较早的发达国家和地区主要是欧美和日本等国，该技术在早期主 要应用于蔬菜和经济作物的移栽，随后逐步用于
11、玉米等粮食作物的移栽。早在上世纪 20 年代初期就开展了钵苗移栽的生产工艺研究，研制出结构简单的秧苗移栽机具，在一定程 度上减轻了人工移栽劳动强度；到 1930年代出现手工喂苗的移栽机械，移栽技术得到实质 性发展，使秧苗送入沟中这一过程实现机械化。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
12、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。 2.机械化移栽目前存在的问题 2.1 移栽前应考虑的因素 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。 移植近似生境原理。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
13、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。 树势平衡原理。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
14、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
15、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 塔里木大学毕业设计 4 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，树木移植经过挖掘、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
16、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 1-3 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核心因素 之一。 2.2 移栽过程中应该注意的事项 2 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，遇到直径超 过2cm的根系应剪断或锯断，但不可用
17、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。 2.3 移栽后的管理与维护 3 7-9月
18、，大部分时间气温在28摄氏度以上，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
19、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。其次在寒冷季节要加强抗寒、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，提高树木的温度、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。 果树的施肥应该注意第一年不能施肥，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：移载树木的病虫害一般由原生境附带而来的居多，所以在移载
20、前须对 树木进行病虫害的治理和健康植株树木的挑选，在移载地应特别注意对土壤和移载果树树木 损伤的处理，尽量减少病菌的滋生和感染。移载后的果树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、8月、9月三个阶段，每个阶段连续喷几次药，每 星期一次，正常情况下可达到防治的目的。 树木移栽后，一定要加强养护管理。俗话说得 塔里木大学毕业设计 5 好，“两分种，八分管”，由此可见，养护管理环节在移栽过程中的重要性。当然，要切实提 高果树移栽后的成活率，还要在田地规划设计、果树树种选择等方面多动脑筋。
21、3设计方案的选择 4 3.1 方案一 这是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，它结构复杂，成本高、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 3.1所示：
22、图 2.1 方案一 图 3-1 方案一机构图 1升降机架 2固定机架 3升降油缸 4切土铲油缸 5切土铲活动臂 6切土桶油缸 7切土桶 活动臂 8切土桶 9固定切土铲臂框架 10滑轮 11切土铲 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切土桶活动臂 17切土桶固定臂 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
23、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
24、(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 塔里木大学毕业设计 6
25、 分台臂之间横向的连接一个切土桶分合油缸( 12)。 3.2 方案二 带土移树机，它主要解决在环境绿化植树造林中，需要移栽树木，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。优点是实 现带土移栽苗木机械化，提高移栽树木成活率和移栽效率，
26、满足城市绿化和成树移栽的需 要。 图 3-2 方案二机构图一 1箱体 2摇臂 3翻转顶杆 4单斗装载机 塔里木大学毕业设计 7 图 3-3 方案二机构图二 6导套 7拨叉 8支撑架 9杠杆端头 10铰接刀具 11杠杆 12铰轴 13活塞杆 14单油缸 15 联接耳 图 3-4 方案二机构图三 5导柱 6导套 9杠杆端头 10铰接刀具 11杠杆 12铰轴 14单油缸 16杠杆 17铰轴 如图 3-2,3-3,3-4，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
27、。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
28、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。 3.3 方案三 本实用新型涉及一种液压小型果树移栽机，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 塔里木大学毕业设计 8 土壤中至预定位置即可。本实用薪型结构简
29、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3-5 方案三机构图一 2滑槽 3弧形铲 4开闭油缸轴 5机架开闭油缸 6垂直转轴 7固定机架 8铲升降油缸轴 9可调 脚撑 10铲升降油缸 11多路换向控制阀 12挂接架 本实施例的液压小型果树移栽机上图所示，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10、多路换向控制阀11、挂接架12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 塔里木大学毕业设计 9 将机具与具有
