树木移栽机_本科毕业设计
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中文摘要 .............................................................. 1 英文摘要 .............................................................. 2
1 引言 ............................................................... 3
1.1 课题研究的意义 ................................................. 3
1.2 机械化移栽目前存在的主要问题 ................................... 3 1.2.1 移栽前应考虑的因素 ....................................... 3 1.2.2 移栽过程中的注意事项 ..................................... 4 1.2.3 移栽后的养护管理 ......................................... 5 2 总体方案 ........................................................... 7
2.1 设计要求 ....................................................... 7
2.2 方案一 ......................................................... 7
2.3 方案二 ......................................................... 8
2.3 方案三 ........................................................ 10
2.4 总体方案确定 .................................................. 12 3 树木移栽机总体设计 ................................................ 13
3.1 树木移栽机的构造 .............................................. 13
3.2 工作过程 ...................................................... 16
3.3 挖树机构设计 .................................................. 17 3.3.1 工作铲 .................................................. 17 3.3.1 锹铲的设计 .............................................. 18
3.4 锹铲式挖树机构的导轨和导轨支架 ................................ 24
3.5 液压系统的设计 ................................................ 26 3.6 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
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 transplanter
Abstract: The design of the tree transplanter is used for digging the smaller trees of
8-10cm,and digging the diameter and in the are: rack, blade, guide rail, .
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 shaft.
2. Blade: The design is called the diamond blade and there are three blades, bolted in a fixed rail respectively; Three blades of the rail track is called the rolling bearing. It fixes the inner ring and outer ring can be rotated.
3. Hydraulic cylinder: the design of the lifting body structure to achieve improvement and decline in function.
The design , flexible, form with three points ”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³宽³高)1738cm³1777cm³2274cm。
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3~5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80~120mm(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
①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。
②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β,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