[初稿]樹木移植車提升及液壓系統(tǒng)設計

1、摘要近年來，國內的城市化進程加快了許多，在城市建設中，隨著綠地面積的不斷發(fā)展擴大以及人們對生態(tài)綠化的要求的提高，樹木移植變得越來越普遍和重要。不過，國內的樹木移植主要靠人力來完成，不僅耗費許多人力物力資源，效率不高，而且成活率也比較低。樹木移植車的發(fā)明在很大程度上改善這種情況，提高樹木移植的效率，減輕工人的勞動量，同時也提高了移植成活率。本文介紹了有關樹木移植機的歷史以及在國內外的發(fā)展現狀，并在此基礎上選定樹木移植機作為課題進行研究設計。參考了國內外有關資料，并在導師的指導下進行自主設計，以樹木移植機的各項數據，如結構參數、作業(yè)要求、性能、動力要求等為基礎進行研究設計，靈活運用所學知識進行樹木

2、移植機的機械結構設計以及液壓系統(tǒng)設計。樹木移植機是城市樹木移植的最有力的機械工具，樹鏟是移植機的主要工作部分。本設計的樹木移植機用于樹木的挖掘和移植，設計有4把鏟刀，鏟刀角為25°。該移植機在工作時可挖掘的土球直徑為680mm，挖掘深度為600mm，提升高度為600mm。此次設計共有4組液壓缸，包括挖掘機構鏟刀液壓缸、開合機構液壓缸、提升機構液壓缸和傾斜機構液壓缸。本次設計的樹木移植機具有工藝簡單，成本低，適用性高等優(yōu)點。不僅能夠用于城市園林綠化，在大面積造林時也能發(fā)揮出不錯的效果。樹木移植機將會改變現有的植樹模式。關鍵詞：樹木移植機，鏟，提升傾斜，液壓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 systeI目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景及研究意義11.2 樹木移植機在國內外的發(fā)展現狀11.3 主要研究內容3第2章 總體方案設計52.1 初定總體方案52.1.1 主要機構組成52.1.2 工作過程62.2 設計方案確定62.2.1 挖掘機構設計方案62.2.2 提升機構設計方案62.2.3 傾斜機構設計方案72.2.4 液壓泵站設計方案7第3章 樹木移植機設計83.1 設計要求83.2 挖掘機構83.2.1 鏟刀位置93.2.2 工作原理103.2.3

12、 鏟刀設計103.2.3 鏟刀鏟土過程分析123.2.4 鏟刀下鏟阻力計算123.2.5 土球重量143.2.6 鏟刀與鏟軌的連接143.2.7 支架與鉸鏈153.3 提升和傾斜機構16第4章 液壓裝置設計184.1 工作原理184.2 液壓缸選擇184.2.1 概述184.2.2 計算選型184.3 液壓泵選擇204.3.1 概述204.3.2 液壓泵計算選型204.4 發(fā)動機選擇224.5 聯軸器選擇23 4.6 管道內徑的確定234.7 油箱設計254.8 濾油器選擇264.9 空氣濾清器選擇274.10 多路換向閥選擇274.11 溢流閥294.12 雙液控單向閥29第5章 液壓系統(tǒng)設

13、計305.1 概述315.2 液壓工作過程315.3 樹木移植機液壓系統(tǒng)的優(yōu)點315.4 液壓系統(tǒng)原理圖31第6章 重要部件的連接及固定方式346.1 液壓缸耳環(huán)與耳環(huán)座之間的連接及固定方式346.2 提升機構與底座之間的連接及固定方式346.3 挖掘機構與提升傾斜機構之間的連接及固定方式356.4 提升機構、泵站與車輛底盤的連接方式36第7章 固定板銷軸強度計算37結論38謝辭39參考文獻40I樹木移植車提升及液壓系統(tǒng)設計第1章 緒 論1.1 課題背景及研究意義樹木移植機（Tree Transplanter）又稱作樹鏟（Tree Spades），它是一種新式的農林苗圃的植樹機械，主要運用于移

14、植帶土球的樹木，它可以連續(xù)完成挖坑、挖樹、運輸、栽植等一系列移植作業(yè)。城市綠化是城市園林建設的重要內容。目前城市熱島效應日趨嚴重，人們生活條件的提高也使市民對城市的居住環(huán)境提出了更高的要求。為此，解決城市綠蔭不足的現狀，要求我們做到兩點：一是不可以輕易伐樹；二是要多種或移植大樹?；蛟S植樹比起種植草坪來，效果無法馬上體現，但是，一旦樹木形成了茂密的樹蔭，其吸收熱量、緩解和節(jié)約能源的作用，將成為綠化中非常重要的一部分。目前我國樹木的帶土移植主要還是采用人工作業(yè)的方式，它需要經過挖掘土球、起重、包扎土球、運輸、挖坑栽植、灌溉養(yǎng)護等許多繁重的作業(yè)，移植效率低，工人勞動強度大，安全性差，花費成本高，林木

15、成活率低，特別是移植直徑大于15厘米的高大樹木更是如此。然而，采用樹木移植機進行機械化移植具有以下幾個優(yōu)點： (1) 移植效率高，樹木移植機的工作效率為單人工作效率的十倍以上，并且成本可下降一半；(2) 樹木損失率低，通過樹木移植機進行樹木帶土移植樹木幾乎100%成活；(3) 作業(yè)工期長，一般樹木移植多在春季進行，樹木移植機在夏季或者秋季都能保證較高的存活率；(4) 樹木移植機能夠適應大多地形和土壤，即使在砂石較多的土層也能很好的工作；(5) 移樹機通過機械作業(yè)，能夠大幅降低工人的勞動強度在安全方面也有保障。樹木移植機從引進到現在，在中國的發(fā)展時間不長，但樹木移植機的一系列優(yōu)點卻能很好解決我國

16、綠化產業(yè)中的很多問題，因此在我國發(fā)展樹木移植機已經成為一種必然趨勢。1.2 樹木移植機在國內外的發(fā)展現狀樹木移植機始于二十世紀六十年代的美國，作為一種新型的植樹專業(yè)機械，迅速地在美國、日本、德國等國家發(fā)展開來。從一開始的園林部門，主要用于移植直徑較大的樹木，發(fā)展到后來的七十年代后期，擴展到林場、苗圃、果園的帶土苗木移植。圖1-1所示為產于美國的Bigjohn型樹木移植機。這種移植機是將樹鏟部分直接安裝在卡車或拖車后面的車梁上。該移植機可移植樹木的最大直徑為25.4cm，土球深度為144.8cm。由于體積大，工作條件應在空曠的地方2 3。圖1-1 Big john型樹木移植機在我國，移植帶土球樹

17、木的工作通常都是由人工通過鐵鍬、鎬頭等簡單的工具將樹木從原本種植、生長的地方挖出，然后經過捆綁土球、機械起吊捆綁好的樹木，通過車輛運輸樹木，再進行挖坑、種植，通過一系列的多道作業(yè)工序，整個過程復雜，而且樹木的成活率低，尤其是移植大樹時可能會出現安全問題，工人的勞動強度也很大；一方面，造林范圍小，植樹后沒有及時管理，甚至沒有對新植入的樹木進行管理維護，樹木的成活率自然很難提高，甚至保持在一個相對穩(wěn)定的程度；另一方面，因為沒有合適的專業(yè)的造林植樹的機械，很多工作全部是由人工來完成，這些都在很大程度上影響了植樹造林的發(fā)展1。目前國內主要機型有：湖南林業(yè)工業(yè)研究所的2QT-50型起苗機、YTZ-45新

18、型大苗移植機、赤峰市赤田農林機械制造廠生產的4WS120型移樹機、山東威肯科技有限公司生產的威肯050336和050344移栽機、華南熱機所研制的T100型和T80型樹木移植機等。 YTZ-45新型大苗移植機是赤峰市赤田農林機械制造廠生產的四鏟式植樹機。該機能在平原、粘土地、沙丘、草原、丘陵等不同的土壤，未經整理土壤的情況下，一次性完成挖坑、植苗等作業(yè)?？稍灾?-3年生，3-7米高的大苗，植苗深度可達45-60cm，配以65馬力以上的動力系統(tǒng)。如圖1-2所示。圖1-2 YTZ-45新型大苗移植機050336型移栽機是山東威肯科技有限公司生產的四鏟式移栽機。該機使用滑移裝載機配置該附件，操作者可

19、以不離開裝載機即可挖掘或運輸一棵樹，可切割樹根，快速擠壓根部然后形成土球，它不僅可以用來挖掘樹木，還可以在很短時間內將樹木裝到卡車或拖車上?？赏诰蛏疃冗_747mm，鏟刀角度為25°，樹木直徑范圍為50-100mm。如圖1-3所示。圖1-3 050336型移栽機1.3 主要研究內容本文所研究的是樹木移植機設計，其中包括挖掘機構及參數設計、提升機構及參數設計、傾斜機構及參數設計、液壓系統(tǒng)設計等。 本次設計的樹木移植機必須達到以下要求： (1) 完成合圍，挖掘動作； (2) 能夠完成提升和下放動作，在一定范圍內可調； (3) 速度穩(wěn)定可調，并能滿足加工要求； （4）系統(tǒng)功率利用合理； （5

20、）必須依照國家相關規(guī)定進行設計本設計主要是根據畢業(yè)設計任務書要求，結合查找的資料和各公司生產的樹木移植機結構進行設計，在確定了總體設計方案之后，進行各個不同部件的細節(jié)設計和選材，并繪制出裝配圖，最終按照總體設計方案中液壓缸的用途來繪制液壓原理圖。研究步驟如下： (1) 查閱相關文獻，了解拖掛式樹木移植機的發(fā)展歷程及其應用；(2) 通過文字、圖片、視頻資料，了解樹木移植機的結構和工作原理；(3) 通過計算，選擇或設計合理的零件；(4) 用CAD軟件畫出所設計的樹木移植車的挖掘裝備總裝配圖、提升裝置部件圖、傾斜裝置部件圖、泵站總圖和液壓管路布置圖；(5) 編寫設計說明書。第2章 總體方案設計2.1

21、 初定總體方案樹木移植機主要有三種形式： （1）自行式 （2）牽引式 （3）裝載機式目前外國著重發(fā)展的都是自行式樹木移植機，它由車輛底盤、挖掘機構和提升傾斜機構組成。車輛底盤可以是汽車、拖拉機或是裝載機，只要對其稍加改造就可以在上面安裝樹鏟的工作裝置，這種自行式移植機更為方便的是，有時同一系列的工作裝置也可以與不同的車輛底盤互相配套。如圖2-1所示。1-車輛底盤；2-泵站；3-提升傾斜機構；4-挖掘機構。圖2-1 樹木移植機總裝圖 2.1.1 主要機構組成樹木移植機主要機構組成有以下幾部分： (1)挖掘機構（2）提升機構（3）傾斜機構（4) 液壓泵站 2.1.2 工作過程 樹木移植機的工作過程

22、如下：（1）移動樹木移植機，使樹干進入機架中心。（2）開合機構閉合，調整機架，確保樹干位于機架的中心。（3）控制挖掘機構鏟刀升降液壓缸，使鏟刀順序入土，待每個鏟刀都達到最低位置，即刀片封閉，整個地下根部與周圍土壤全部剝離，形成土球。（4）操縱提升機構液壓缸，提起機架至地面以上，連同帶土球的樹木被封閉后的鏟刀帶出地面。（5）控制傾斜機構液壓缸，把樹鏟調整到車上。（6）把樹木移植機移送到要栽種的新洞，以同樣的方式把樹木置入洞中。2.2 設計方案確定樹木移植機的工作機構裝置包括挖掘機構、提升機構、傾斜機構和液壓泵站四大部分。 2.2.1 挖掘機構設計方案挖掘機構是樹木移植機最主要的工作裝置，不同移植

23、機最大的區(qū)別也在于此。它的作用是作為土球的容器將樹根包裹在土球內，連同整棵樹挖出。挖掘機構由樹鏟、液壓缸、導軌、開合鉸鏈和機架等組成。挖掘機構設有4把鏟刀，通過滑移板分別鎖在4個鏟軌上，鏟軌和鏟刀之間通過液壓缸連接，由液壓缸里的活塞的伸縮運動使鏟刀進行滑移的工作。4把鏟刀設計為菱形鏟刀，運動路線為沿著鏟軌的直線運動。機架有三個部分，后面一個為主機架，前面兩個支架可以開合，機架的后兩個支架通過活動鉸鏈與主機架連接，通過開合液壓缸控制樹鏟機構鉸鏈裝置的開合。開合裝置打開后，把樹干推送到機架中心，樹鏟隨著液壓缸的工作插入土壤，實現挖樹功能。 2.2.2 提升機構設計方案提升機構安裝在車輛底盤上，主要

24、由提升槽鋼、提升導軌和升降液壓缸組成，作用是使挖掘機構能夠沿著提升導軌上下移動，即在挖樹前放下挖掘機構，挖樹后將挖掘機構和已挖掘的樹木一起向上提起，這樣就完成了樹木的移植工作。 2.2.3 傾斜機構設計方案傾斜機構由傾斜液壓缸連接在提升機構和底座上，在挖掘機構提升到一定高度后連同樹木傾斜至一定的角度放在車輛后面，然后運輸。 2.2.4 液壓泵站設計方案液壓泵站由油箱、液壓泵、動力源（柴油機或電機）以及多路換向閥等組成。經過后面計算，液壓泵選用CBG1016型外嚙合齒輪泵，動力源選用S195型柴油機，多路換向閥選用CD4A-F15型。各部件之間通過油管連接。 第3章 樹木移植機設計3.1 設計要

25、求樹木移植機設計的形式的確定與很多因素有關，比如鏟刀體要有足夠的圍角，這樣可以保證挖掘出的土球的大小以包容樹木的根系，不會影響樹木移植后的生長。根據任務書的要求，主要技術參數有：鏟角25°，挖掘深度600mm，土球直徑400-700m，提升高度600mm3.2 挖掘機構挖掘機構裝置是樹木移植機的主體部分，負責挖掘土球和包容樹木根系。其更多的要求是在移植過程中要盡量多的包容土壤和根系，不會損失根系，在運輸樹木的過程中不會使土球散開。挖掘機構由鏟刀、鏟軌、鉸鏈、液壓缸和機架等組成。如圖3-1所示。1-挖掘機構鏟刀液壓缸；2-導軌；3-鏟刀；4-鉸鏈；5-開合機架；6-開合機構液壓缸；7-

26、主機架圖3-1 挖掘機構 3.2.1 鏟刀位置移樹機鏟刀位置有外鏟式和內鏟式兩種。（1）外鏟式：鏟刀位于鏟臂外側如圖3-2所示，該鏟刀位置樹木移植機機其導向機構比較復雜，一般為環(huán)繞鏟臂的滑動塊；鏟刀受力大，需要對鏟刀進行加固；否知鏟刀會因為土球的重力作用而拉裂；由于受到鏟刀的限制，鏟臂不易安裝；為了使鏟刀不與支架干涉，支架須設計成一定的形狀，加工不便，成本較高。外鏟式樹木移植機由于將鏟刀安裝于鏟臂外側，因此挖出的土球較大，一般用于移植干徑較大的樹木。圖3-2 外鏟式挖掘機構 (2)內鏟式：鏟刀位于鏟臂內側如圖3-3所示，鏟刀直接貼于鏟臂表面，因此鏟刀不會因為受了過大而破損；導向機構受力較小，設

27、計也相對簡單，只需安裝一塊限位塊即可；由于鏟刀位于鏟臂上，其機構外部空間不受限制，能夠對其他部件進行最合理安排，支架也能根據現有的條件進行設計，工藝簡單，成本低；不過由于機構尺寸限制，中間空余的空間不大，鏟刀包絡的圓徑較小，適用于移植干徑較小的樹木。本次設計的樹木移植機要求的土球直徑為400-700mm，移植的樹木較??；并且本著低成本的原則，本次課題設計的樹木移植機為內鏟式。圖3-3 內鏟式挖掘機構 3.2.2 工作原理如圖3-1所示，該機構的主機架利用銷軸從機架的兩側分別與兩個開合機架鉸接，開合機構液壓缸的缸體連接在主機架上，活塞軸連接在開合機架上，各機架焊有導軌，鏟刀安裝在導軌上，挖掘機構

28、鏟刀液壓缸的缸體連接在導軌上，活塞軸連接到鏟刀。工作時，待機構就位后，啟動兩個開合機構液壓缸，鉸鏈閉合，閉合后依次開啟四個挖掘機構鏟刀液壓缸，使四個鏟刀可以依次沿著導軌向下運動，插入土壤，直到鏟刀到達最低位置，四個鏟刀即閉合。 3.2.3 鏟刀設計 鏟刀設計為直鏟型，即它的軸向為直線，與此相應的鏟軌也是直線，徑向為折線。如圖3-4所示。圖3-4 鏟刀這種設計的樹鏟加工比曲面鏟容易，受力情況簡單；但與曲面鏟相比包容的土球體積就比較小，樹鏟機構裝置所需要的空間尺寸就比較大。鏟刀的結構參數如圖3-5，包括鏟刀與土壤接觸的工作面長度L，安裝角，土球深度H以及土球直徑D。其中，鏟刀工作面長度L應滿足下列

29、等式： （3-1） 式中 H-土球高度； -鏟刀安裝角。其中，實際L的長度可在結構具體設計的時候根據實際情況再另外確定。由原始數據可知土球高度H=600mm，直徑D取680mm，安裝角=65°，由公式（3-1）計算得L>662mm，根據實際情況，L=872mm；鏟刀厚為8mm。圖3-5 鏟刀結構參數 3.2.3 鏟刀鏟土過程分析鏟刀是樹木移植機進行移植工作的主要的工作工具，其形狀和尺寸結構參數都會影響到樹木移植車挖掘裝備的總體設計。鏟刀的工作對象是土壤，另外還有在插入土壤后鏟刀在土壤里碰到的生長在土壤里的樹木根系，但是因為根系在土壤中的分布是非常不規(guī)律的，所以移植機在挖樹的過程

30、中所受的阻力的計算很復雜，主要是受到樹木周圍土壤的實際情況影響很大。對于直鏟而言，挖樹的阻力主要來自鏟刀與土壤的切削阻力、鏟刀與土壤的摩擦阻力、鏟刀與樹木根系的剪切力等，鏟刀受到阻力后，會發(fā)生變形以及各種應力也會隨深度發(fā)生大小、方向的變化4。樹木移植機在挖掘樹木土球的時候，是通過液壓系統(tǒng)使各個液壓缸伸縮來完成鏟刀的順序下鏟。當單個鏟刀進行下鏟時，刀刃會切開土壤，隨著鏟刀面的移動，刀刃前方的土壤會發(fā)生向下以及向一側兩個方向的運動。其中，刀刃面使土壤產生向下的移動壓實土壤，刀刃前方的作用力使土壤向一側擠壓，這兩個力使土壤產生一個反作用在鏟刀刃面的法向壓應力。鏟刀在下鏟過程中，土壤受鏟刀的作用而附加

31、產生的垂直于鏟面的法向壓應力，稱作土壤附加法向壓應力。在作用與反作用的影響下，將鏟刀兩側的土壤附加法向壓應力取相等值。由于鏟刀所要切割的土壤并不是單一的成分，鏟刀工作時刀刃上產生的阻力稱為鏟刀刀刃的純切削阻力。 3.2.4 鏟刀下鏟阻力計算當鏟刀在恒定的速度下鏟時，鏟刀滑移液壓作用在鏟刀上的力與鏟刀工作阻力P相等。在計算鏟刀工作阻力時借鑒了土壤-機器系統(tǒng)力學中常用到的半經驗法，由實驗來對直鏟式樹木移植機鏟刀的性能進行預測，以相似理論為基礎的模型實驗建立一個經驗公式4： （3-2）式中 X- 鏟刀下鏟時的位移（m）； - 土壤密度(g/cm3)； C- 土壤內聚力(Pa)； - 鏟刀體圍角的半角

32、(度)。以上式子的實驗取值范圍如下： =3060°；c/=0.3851.37m；x=00.9m。圖3-6 下鏟阻力P與下鏟距離X的關系曲線4 在此次設計中，由于鏟臂于豎直方向有一定的夾角，鏟刀的位移量 （3-3） 其中 S=600mm =25° x=600/cos25°=662（mm） 土壤密度 =1.67g/cm3 土壤內聚力 C=7947.8Pa 鏟刀體圍角的角度 =45° 代入公式（3-2），得 該經驗公式的取值范圍內，能夠滿足土壤力學中預測誤差小于±10%的要求，擁有足夠的精度。 3.2.5 土球重量土球重量由以下式子計算 （3-4）

33、樹木移植機挖出的土球形狀近似為圓臺 代入公式（3-4）得， 3.2.6 鏟刀與鏟軌的連接導軌負責鏟刀的導向，是鏟刀的導向裝置。鏟刀的形狀需要有相對應鏟軌結構與之配合。如圖3-7，該鏟刀設計為直鏟式，所以鏟軌的滑動軌跡也是直線型的。導軌與耐磨板之間通過螺釘連接，挖掘機構鏟刀液壓缸通過耳環(huán)座與鏟刀連接，挖掘機構鏟刀液壓缸活塞桿運動，帶動鏟刀在導軌上運動，從而實現鏟土功能。1-挖掘機構鏟刀液壓缸；2-導軌；3-耐磨板；4-耳環(huán)座；5-鏟刀。圖3-7 鏟刀與導軌的安裝連接 3.2.7 支架與鉸鏈 如圖3-8所示，挖掘機構部分由兩種支架，一個主機架和兩個開合支架。主機架為固定機架，裝上固定板后與提升機構

34、連接；開合機架可以開合以更好地包圍要移植的樹木。樹木移植機的導軌用鋼板焊接而成，然后再焊在機架上。開合機架和主機架分別用銷軸鉸接，通過開合機構液壓缸實現打開和閉合的動作。開合機架和主機架上都焊有液壓缸耳環(huán)座，用來連接開合機構液壓缸。開合機構液壓缸的缸體連接在主機架上的液壓缸耳環(huán)支座，活塞軸則連接在開合機架上的液壓缸耳環(huán)支座。1-開合機架；2-耳環(huán)座；3-鉸鏈；4-開合機構液壓缸；5-主機架。圖3-8 開合機構3.3 提升和傾斜機構提升和傾斜機構的作用是在挖掘機構完成挖掘工作后，通過提升機構將樹鏟機構連同移植的樹木一起提起離開地面，待樹鏟機構提到一定高度后，傾斜機構開始工作，傾斜機構把提升后的挖

35、掘機構傾斜一定的角度躺放在車輛后面，以便運輸。1-耳環(huán)支座；2-提升機構液壓缸；3-導軌；4-傾斜機構液壓缸；5-底座；6-支座；7-固定板。圖3-9 提升傾斜機構如圖3-9所示，提升機構由各種鋼板、槽鋼和液壓缸等組成。其中液壓缸的缸體連接在于底座鉸接的鋼板上；活塞軸則安裝在角鋼上，工作時，提升液壓缸的活塞伸長，帶動槽鋼在提升導軌上滑移，從而帶動樹鏟機構向上提升。傾斜機構由傾斜機構液壓缸和液壓缸支座等部分組成。液壓缸的缸體連接在液壓缸支座上，支座通過螺栓固定在車輛底盤上；液壓缸活塞軸一端也是連接在支座上。工作時，待提升機構完成作業(yè)，挖掘機構升起到了一定高度，傾斜液壓缸活塞收縮，使提升機構、挖掘

36、機構和移植的樹木一同向車輛底盤一側傾斜，躺放一定的角度。然后車輛便可以將樹木運輸到要移植的新坑處，開始移栽的工作。其中，提升機構所選用的導軌是運用了叉車的導軌，選用了叉車門架專用槽鋼，采用CC重疊式，外門架選用16#槽鋼，與固定架焊接在一起，并焊有耐磨板；內門架選用10#槽鋼，套在外門架中，形成導軌。第4章 液壓裝置設計4.1 工作原理此次設計的液壓系統(tǒng)包括油箱、液壓泵、溢流閥、過濾器、液壓缸、多路換向閥和油管等部件。液壓系統(tǒng)是以液壓油為能源介質，由柴油機提供動力，帶動液壓泵旋轉，液壓泵開始工作。液壓泵的進口處產生局部真空，作用在液壓油箱中液壓油表面的大氣壓驅動液壓油流動，并經過吸油過濾器流入

37、液壓泵的吸油口以填充局部的真空空間。4.2 液壓缸選擇 4.2.1 概述液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，用來把液壓泵輸入的液壓油壓力能轉換成驅動工作機構進行直線往復或旋轉（擺動）運動的機械能，液壓缸主要輸出為力和速度，也有輸出轉矩與轉速的5。本文設計的樹木移植機所需要的液壓缸包括挖掘裝置鏟刀液壓油缸、開合裝置液壓油缸、提升裝置液壓油缸和傾斜裝置液壓油缸，這些液壓油缸在作業(yè)時都要實現兩個不同方向的運動，所以選用雙作用液壓缸。雙作用液壓缸的兩側都可以輸入壓力油液，活塞兩個方向的動作就可以靠油液壓力來完成。雙作用單活塞液壓缸工作時缸體固定，活塞桿驅動載荷，當無桿腔有油液流進時，有桿腔回油液時，活塞桿伸

38、出；當有桿腔有油液流進時，無桿腔回油液時，活塞桿縮回，從而完成正、反兩個方向的運動5。 4.2.2 計算選型（1）挖掘機構鏟刀液壓缸計算選型在先前的計算中，已知鏟刀受到的下鏟阻力為F=22.6kN。在樹木移植機實際的工作過程中，由于是順序作業(yè)，雖然有四個鏟刀，但是四個鏟刀并不是同事運動的，所以在計算和選用液壓缸時只需要代入一個F的力大小。液壓缸作用面積與負載力的關系為： （4-1） 式中 F-負載力； D-液壓缸內徑； d-活塞桿直徑； p-進油壓力。 初選挖掘機構鏟刀液壓缸型號為HSGL01-63/45E型，基本技術參數尺寸為：缸徑D=63mm，桿徑d=45mm，速比為2，行程為662mm，

39、公稱壓力為16MPa，代入公式（4-1）得P=14.8MPa，低于系統(tǒng)壓力16MPa，滿足要求。故選用液壓缸HSGL01-63/45E型作為挖掘裝備鏟刀液壓缸，液壓缸數目為2個。 （2）開合機構液壓缸計算選型開合機構液壓缸因為只負責樹木移植機開合機構機架的開啟和閉合的作業(yè)，所以所承受的負載很小，取F=g=1000N，初選開合機構液壓缸型號為HSGL01-40/25E型，基本技術參數尺寸為：缸徑D=40mm，桿徑d=25mm，速比為2，行程為140mm，公稱壓力為16MPa，代入公式（4-1）得P=1.3MPa，低于系統(tǒng)壓力16MPa，滿足要求。故選用液壓缸HSGL01-40/25E型作為開合機

40、構液壓缸，液壓缸數目為2個。（3） 提升機構液壓缸計算選型先前已經計算過土球的重量約為142kg，再加上樹木的重量，假設單位運輸重量為550kg，機架本身的重量為120kg，上升高度600mm。即G=5500N，g=1200N，則提升液壓缸的工作負載為： （4-2）代入數值得，。由于提升機構液壓缸所承受的負載并不大，只有6700N，初選提升機構液壓缸型號為HSGL01-50/32E型，基本技術參數尺寸為：缸徑D=50mm，桿徑d=32mm，速比為2，行程為600mm，公稱壓力為16MPa，代入公式（4-1）得P=5.8MPa，低于系統(tǒng)壓力16MPa，滿足要求。故選用液壓缸HSGL01-50/3

41、2E型作為提升機構液壓缸，液壓缸數目為2個。 （4）傾斜機構液壓缸計算選型傾斜機構液壓缸是在提升機構液壓缸作業(yè)完畢后開始工作的，傾斜機構液壓缸負責頂住挖掘機構緩慢運動，直至挖掘機構轉到一定的角度放置在車輛后面。所以傾斜機構液壓缸主要承受的負載基本上與提升機構一致，只是在其基礎上要增加提升機構的重量，假設=70kg，則傾斜機構液壓缸的工作負載為： （4-3）代入數值得，。 初選傾斜液壓缸型號為HSGL01-63/45E型，基本技術參數尺寸為：缸徑D=63mm，桿徑d=45mm，速比為2，行程為585mm，公稱壓力為16MPa，代入公式（4-1）得P=3.8MPa，低于系統(tǒng)壓力16MPa，滿足要求

42、。故選用液壓缸 HSGL01-63/45E型作為傾斜機構液壓缸，液壓缸數目為2個。如圖4-1所示，為HSG型液壓缸的外形結構圖。圖4-1 HSG型液壓缸外形結構圖4.3 液壓泵選擇 4.3.1 概述液壓泵是一種將機械能轉換成流體壓力能的能量轉換裝置，作為液壓傳動系統(tǒng)中常見的一種動力元件，我們通常利用它來為液壓系統(tǒng)提供壓力油。液壓泵的結構形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。采用定量泵。因為每個液壓缸并不是同時工作，而是順序依次工作，且工作時速度并不高，所以一個定量齒輪泵的流量便可以滿足要求。 4.3.2 液壓泵計算選型 （1） 液壓泵最大的工作壓力P泵的最大工作壓力與各方面的負載的關系等式為： （

43、4-4）式中 -系統(tǒng)中液壓缸或液壓馬達的最大工作壓力； -從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達入口之間產生的管路損失量之和，當管路簡單，流速不大時，通常??；管路復雜，進口有調閥時，通常取78。樹木移植機的液壓缸在整個工作過程中最大的工作壓力為樹鏟滑移液壓缸的工作壓力，即；由于整個系統(tǒng)管路非常簡單，只有10個液壓缸，所以壓力損失取值。則液壓泵的最大工作壓力為： 。 （2） 系統(tǒng)最大流量Q液壓缸的工作流量計算公式為： （4-5） 式中 v - 液壓缸的運動速度；   A - 液壓缸的最大面積。 在整個樹木移植機系統(tǒng)工作過程中，液壓缸的速度都不需要非常快，假設為v=0.04m/s。 挖

44、掘裝備鏟刀液壓缸工作流量：開合裝置液壓缸工作流量：提升裝置液壓缸工作流量：傾斜裝置液壓缸工作流量：液壓泵的輸出流量公式： （4-6） 式中 K系統(tǒng)的泄漏系數，通常取值范圍為K=1.11.3；   Qmax系統(tǒng)中液壓缸的最大工作流量。已知，傾斜裝置液壓缸的工作流量最大，代入數值進公式（4-6），得（3） 選擇液壓泵根據以上所求得的最大工作壓力P和液壓泵流量Q，選擇型號為CBG1016型的齒輪泵，如圖4-2所示，其主要參數為：流量Q=32.8 L/min ，額定壓力P=16MPa。圖4-2 CBG1016型號齒輪泵外型圖4.4 發(fā)動機選擇本次設計的樹木移植機運用于農業(yè)和園林業(yè)機

45、械工程，所以比較適合選用柴油機。柴油機不僅功率范圍廣，適應性好，而且起動性能好，使用操作方便，在35s時間內就可以起動起來，并能很快達到全負荷運轉，在正常運行過程中，不需要進行繁重復雜的操作910。首先計算液壓泵驅動功率。樹木移植機挖掘裝備的鏟刀運動是恒定慢速的，所以液壓泵的壓力和流量也是比較穩(wěn)定的，驅動動率與泵壓力和流量的關系等式為： （4-7） 式中 P - 液壓泵的最大工作壓力（MPa）； Q - 液壓泵流量（L/min）； - 液壓泵的總效率，齒輪泵的總效率范圍為0.60.7。將數值代入公式（4-7)得：因此，選用S195柴油機，其主要參數為：功率為8.8KW，轉速為2200r/min

46、。4.5 聯軸器選擇已知s195柴油機的的功率為8.8KW，轉速為2200r/min。而CBG1016型齒輪泵的額定轉速為2000r/min，最高轉速為3000r/min，滿足要求。假設柴油機的效率為0.85，則轉矩T與轉速以及功率的關系為下式: （4-8） 代入數值求得，選用LM3型聯軸器，主要參數如下：公稱轉矩T=100Nm，許用轉速n=10900r/min，滿足要求。如圖4-3所示，為LM型聯軸器的外形圖。圖4-3 LM型聯軸器外形圖4.6 管道內徑的確定管道內徑可以通過以下公式來計算： （4-9）式中 Q-通過管道的流量 V-管內允許流速先前計算得知，系統(tǒng)最大流量，分別取吸油管道流速為

47、0.8m/s，壓油管道流速為4m/s，回油管道流速為2m/s。代入公式（4-9），得吸油管道內徑壓油管道內徑回油管道內徑參照標準管徑，分別取吸油管道內徑為25mm，外徑為34mm；壓油管道內徑為12mm，外徑為18mm；回油管道內徑為125mm，外徑22mm。4.7 油箱設計油箱主要用來存放液壓系統(tǒng)所需要的全部的液壓油，同時還必須具有散發(fā)熱量，分離油液里氣體及沉淀污物，分離凝結水等作用，考慮到所選柴油機和液壓泵的型號和尺寸，油箱則選擇旁置式的，其布置靈活，維護方便。不僅如此，旁置式郵箱還能夠降低油箱發(fā)熱和液壓振動對主機工作精度的影響。 根據液壓泵的最大流量為18L/min，油箱容量的經驗公式為

48、 （4-10) 式中 液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）；   經驗系數由先前計算，得系統(tǒng)工作壓力為，系統(tǒng)為中壓，因此取。代入公式(4-10)，初步確定油箱容量為。綜上所述，將郵箱的公稱油液容量定為100L，長寬高分別為633mm、460mm、410mm。油箱的最小厚度必須大于3mm，而箱底必須比箱壁厚，定箱底厚度為6mm，箱蓋必須比箱壁厚度和箱底厚，定箱蓋厚度為9mm。為了放油和搬運更方便，應該把油箱升起來，油箱底距離地面50mm ，并且設有支架，油箱是用鋼板焊接成的，支架上設置有4×14的螺栓孔用來將油箱固定在底座上。如圖4-4所示，油箱中設有吸油網式過濾器

49、，要有足夠的流通油液的能力，而且距離箱底不能小于20mm；當油箱容量大于100L時，需要用隔板將吸油區(qū)和回油區(qū)隔開，這樣可以增加油液循環(huán)的距離，優(yōu)點是油液散熱較快，沉淀雜質和分離氣泡較好；考慮到油箱的清洗，在油箱壁設置兩個油箱清洗蓋；為避免油液受到污染或者泄露，油箱蓋板和管口的地方要進行密封，油箱蓋板上設置空氣濾清器；為了便于搬運油箱，在油箱箱壁焊接了吊耳，吊耳有圓柱形和鉤型兩種，此次設計選用圓柱吊耳，每個吊耳的允許起重量為0.7t。油箱外壁還設有長形油標，用來觀察液壓油的液位5。圖4-4 油箱4.8 濾油器選擇過濾器可以用來過濾掉油液中的雜質，維持油液干凈，同時避免油液受到污染，從而確保系統(tǒng)

50、可以正常地工作。此次設計選用型號為HY37-50型的網式過濾器，如圖4-5所示。該過濾器的基本參數如下：流量為50L/min，網孔為60目/英寸，通徑為25mm，基本尺寸M為M33X2，H為87mm，D為105mm。圖4-5 HY37型號濾油器4.9 空氣濾清器選擇在液壓系統(tǒng)中，凈化液壓油液十分重要，空氣濾清器能夠維持油箱內的油液干凈，不僅可以避免臟污物顆粒從外面混入油箱，還可以增長油液及元件的工作周期和使用壽命，從而確保了液壓系統(tǒng)的正常工作。當液壓系統(tǒng)工作時，油面會有時上升有時下降，上升的時候把空氣從內排到外，下降的時候則從外面吸進空氣，從而可以過濾吸入的空氣，同時空氣濾清器又是注油口11。

51、此次設計選用型號為EF1-25型的空氣濾清器，如圖4-6所示。該空氣過濾器的基本參數如下：加油流量為9L/min，空氣流量為65L/min，基本尺寸A為80mm，B為45mm，a為39mm，b為51mm，c為64mm，4只螺釘的規(guī)格為M4X20。圖4-6 EF1型號空氣濾清器4.10 多路換向閥選擇 本設計采用的是手動多路換向閥。各個手動換向閥之間采用并聯。多路換向閥由若干個單連換向閥、溢流閥和單向閥等組合而成的集合閥，具有很多優(yōu)點比如緊湊的結構、壓力損失很小等。此次涉及選用型號為CDA4-F15型的多路換向閥，如圖4-7所示。該多路閥為片式結構，具有功能全、性能佳、結構緊湊、體積小、重量輕等

52、優(yōu)點。圖4-7 CDA4-F15型多路換向閥本文所設計的樹木移植機要控制10個液壓油缸運動，要用7連的多路換向閥并聯控制。其中與提升裝置液壓缸和傾斜裝置液壓缸連接的兩連換向閥選用R型換向閥，其機能符號如圖4-8；其余四片選用O型換向閥，其機能符號如圖4-9所示。圖4-8 R型機能符號 圖4-9 O型機能符號4.11 溢流閥溢流閥是一種壓力控制閥，可以用來控制液壓系統(tǒng)中的油液壓力或通過壓力的信號來控制閥口開閉，當它旁接在液壓泵的出口的，用來確保系統(tǒng)壓力恒定或限制其最高壓力，當它旁接在執(zhí)行元件的進口，成為過載閥，對執(zhí)行元件起到安全保護的作用12，如圖4-10，圖4-11所示。圖4-10 過載閥圖形

53、符號 圖4-11 溢流閥圖形符號4.12 雙液控單向閥雙液控單向閥又稱液壓鎖，如圖4-12所示。工作時，當一個單向閥的油液正向流動的時候，另一個單向閥的油液反向流動，并且不需要增加額外的控制油路，左右兩個單向閥的閥芯在各自的彈簧力的作用下會使閥口封閉，這樣可以使液壓缸穩(wěn)定在某一位置。圖4-12 雙液控單向閥圖形符號第五章 液壓系統(tǒng)設計5.1 概述本文設計的樹木移植機采用液壓傳動，簡單可靠的液壓系統(tǒng)是保證移植機正常工作的必要條件之一。液壓系統(tǒng)的設計是在分析樹木移植機各個機構裝置的運動的不同特點以及有關工作力學計算的基礎上進行的。5.2 液壓工作過程樹木移植機在液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)下所進行的作業(yè)順序為：傾斜裝置液壓缸活塞伸長使挖掘裝備垂直放置提升裝置液壓缸活塞縮回使挖掘裝備下降到達地面開合裝置液壓缸活塞縮回使挖掘裝備打開開合裝置液壓缸活塞伸長使挖掘裝備閉合挖掘裝備鏟刀液壓缸活塞伸長使鏟刀插入土壤直至四片鏟刀到達最低點閉合提升裝備液壓缸活塞縮回使挖掘裝備上升到一定高度傾斜裝置液壓缸活塞縮回使挖掘裝備傾斜一定角度躺放在車架上。5.3 樹木移植機液壓系統(tǒng)的優(yōu)點本文設計的樹木移植車挖掘裝備采用的液壓系統(tǒng)傳動具有以下幾個特點：（1） 所有動作都