林木移栽機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),林木,移栽,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 目錄 1.前言 4 1.1課題研究的目的 4 1.1 課題研究的意義 4 1.2 機(jī)械化移栽目前存在的主要問(wèn)題 5 1.2.1 移栽前應(yīng)考慮的因素 5 1.2.2 移栽過(guò)程中的注意事項(xiàng) 6 1.2.3 移栽后的養(yǎng)護(hù)管理 7 1.3 國(guó)內(nèi)外前景 9 2.樹(shù)木移栽機(jī)的工藝參數(shù) 10 2.2主要部件結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 10 2.2.1 鏟斗組件的設(shè)計(jì) 10 2.2.2鏟刀組件的設(shè)計(jì) 11 3.基本方案及其選型 14 3.1制定基本方案 14 3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 17 3.1執(zhí)行元件類型、數(shù)量和安裝位置 19 3.2速度和載荷計(jì)算 20 3.2.1 速度計(jì)算及速度變化規(guī)律 20 3.2.2執(zhí)行元件的載荷計(jì)算及變化規(guī)律 20 3.3手部設(shè)計(jì)計(jì)算 22 3.4臂部設(shè)計(jì)計(jì)算 26 3.5夾取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 4.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 30 4.1 系統(tǒng)壓力的初步確定 30 4.2 液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù) 31 4.2.1液壓缸的作用力 31 4.2.2 缸筒內(nèi)徑的確定 32 4.2.3 活塞桿直徑的確定 33 4.2.4 液壓缸參數(shù)的確定 35 5.液壓系統(tǒng)方案的選擇和論證 38 5.1 液路循環(huán)方式的分析和選擇 41 5.2 開(kāi)式系統(tǒng)液路組合方式的分析選擇 41 5.3 調(diào)速方案的選擇 42 6.液壓元件的選擇計(jì)算及其連接 42 6.1 液壓泵的選擇 42 6.2 液壓閥的選擇 45 6.3 蓄能器的選擇 46 6.4 管道尺寸的確定 47 6.5 油箱容量的確定 48 7.電瓶及附件 49 7.1 電瓶的容積 49 8.液壓泵站的選擇 52 9.液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 52 9.1 缸筒 52 9.1.1 缸筒與缸蓋的連接形式 52 9.1.2 強(qiáng)度計(jì)算 53 9.1.3 缸筒底部強(qiáng)度計(jì)算 53 9.2液壓缸的計(jì)算 53 9.2.1 負(fù)載分析 54 9.2.2提升液壓缸主要參數(shù)的確定 55 9.2.3 擬訂液壓系統(tǒng)圖 57 9.2.4 液壓元件的選擇 58 10.液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 60 10.1 系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 60 10.2系統(tǒng)的總效率驗(yàn)算 62 總結(jié) 64 致謝 65 參考文獻(xiàn) - 1 - 1.前言 1.1課題研究的目的 樹(shù)木移栽機(jī)是一種起貨性能好，適用范圍廣的貨移植樹(shù)種?？捎糜谠O(shè)備交貨，在線生產(chǎn)線材料的高低差異，脫機(jī)，提升部件的協(xié)同組裝，主機(jī)庫(kù)進(jìn)料，進(jìn)料，儲(chǔ)存處理等場(chǎng)所，使用與叉車配套，以及快速裝載和卸貨。采用全液壓控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)： （1）在相同的體積中，液壓裝置可以產(chǎn)生比任何其他裝置更多的功率。液壓裝置功率相同，體積小，重量輕，功率密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，僅為液壓馬達(dá)功率的12％。相等的大小和重量。 （2）液壓裝置工作順利。由于重量輕，慣性小，響應(yīng)速度快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)，制動(dòng)和頻繁換向。 （3）液壓裝置可實(shí)現(xiàn)寬范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)200??0），并可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中的速度控制。 （4）液壓驅(qū)動(dòng)器易于自動(dòng)化。他可以輕松調(diào)整或控制液體的壓力，流量和流動(dòng)方向。 （5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。 （6）液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，制造和使用更加方便。 當(dāng)然，液壓技術(shù)有很多缺點(diǎn)。例如，液壓傳動(dòng)中損失更多的能量，液壓傳動(dòng)容易泄漏。它不僅污染工作場(chǎng)所，限制其應(yīng)用范圍，可能引發(fā)火災(zāi)事故，還會(huì)影響機(jī)芯性能的穩(wěn)定性和局部正確性。 。液體溫度的變化更加敏感，液壓元件的制造精度高，成本高，故障不易找到原因，但在實(shí)際應(yīng)用中，采取了有效措施來(lái)減少液壓元件的影響不好的因素。 1.1 課題研究的意義 城市綠化是城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的核心內(nèi)容。生態(tài)效應(yīng)取決于綠色的數(shù)量，綠色的數(shù)量取決于構(gòu)成城市造林主導(dǎo)材料的各種樹(shù)木覆蓋的樹(shù)葉大小和樹(shù)冠面積。因此，短期內(nèi)種植樹(shù)木將加速城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)。提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要手段和途徑。已經(jīng)確定該樹(shù)吸引二氧化碳并產(chǎn)生五倍于草坪的氧氣。 1hm2樹(shù)木每年可吸收CO216t，釋放0212t。吸收量是草坪的3倍，年粉塵可達(dá)0.9t。它可以吸收S02300kg和牲畜水1500t。空氣濕度可以增加54％。可以看出，樹(shù)木的生態(tài)效應(yīng)非常明顯。 在目前城市熱島效應(yīng)日益明朗，人們對(duì)城市居住環(huán)境質(zhì)量要求越來(lái)越高的情況下，尤其要促進(jìn)城市中一定數(shù)量的樹(shù)木和相當(dāng)數(shù)量的樹(shù)木的種植。在目前的城市綠化過(guò)程中，一般都進(jìn)行大規(guī)模的樹(shù)木移植，由于城市生境的特殊缺陷和差異，移植后的成活率和生長(zhǎng)表現(xiàn)有時(shí)并不樂(lè)觀。這不僅在一定程度上浪費(fèi)了社會(huì)生態(tài)資源，而且也影響了城市綠地建設(shè)的效果。 因此，樹(shù)木移栽機(jī)的研究和設(shè)計(jì)及其成功應(yīng)用對(duì)城市造林和環(huán)境美化具有重要意義。 1.2 機(jī)械化移栽目前存在的主要問(wèn)題 通過(guò)在樹(shù)木移植過(guò)程中的長(zhǎng)期實(shí)踐，列樹(shù)木的成活機(jī)里和移植技術(shù)要領(lǐng)等進(jìn)行了研究與總結(jié)。 1.2.1 移栽前應(yīng)考慮的因素 基本原理：①近似生境。實(shí)踐證明，若移植后的生境近似于原生生境，則移植的成活率較高，移植在近似生境中的樹(shù)木期生長(zhǎng)情況往往能恢復(fù)到原生生境狀態(tài)。樹(shù)木的生長(zhǎng)環(huán)境主要包括溫度、光照、水分等小氣候條件和土壤條件等，如果把處于不同生境中的樹(shù)木進(jìn)行移植，光度、溫度、濕度、及土壤等任一條件發(fā)生變化，其樹(shù)木的植株生長(zhǎng)就會(huì)受到影響或發(fā)生差異，有的甚至枯萎死亡，所以定植地的土壤條件進(jìn)行判定或測(cè)試，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果改善定植地的土壤生境條件，以提高樹(shù)木移植的成活率。樹(shù)木移植近似生境的原理一定程度上也是樹(shù)木移植宜近不宜遠(yuǎn)、適地適樹(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。②樹(shù)勢(shì)平衡。樹(shù)木移植時(shí)，樹(shù)木的地上部分和地下部分須保持平衡，樹(shù)木移植如對(duì)根系造成傷害，就必須根據(jù)其根系分布情況，對(duì)地上部分進(jìn)行修剪，使地上部分和地下部分的生長(zhǎng)情況基本保持平衡。閃為供給根系發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)副阻上部分，對(duì)枝葉修剪過(guò)多不但會(huì)影響樹(shù)木的景觀，也會(huì)影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育，所以在移植樹(shù)木時(shí)必須慎重考慮枝葉和根系的去留權(quán)衡問(wèn)題，盡量使地上部分和地下部分保持平衡。如地上部分所留比鍘超過(guò)地下部允昕留比例，則須通過(guò)人工養(yǎng)護(hù)彌補(bǔ)這種不平衡。 基本條件：①季節(jié)適時(shí)。移植樹(shù)木的成功率高低在很大程度上取決于移植樹(shù)木季節(jié)的選擇，而考慮適時(shí)選擇主要是因?yàn)榇藭r(shí)樹(shù)木的生理代謝較易得到平衡。一般情況下，常綠樹(shù)移植選擇在春季，即3月下旬至5月上旬。這段時(shí)期氣溫回升，雨量充足，光照適中，常綠樹(shù)在此期問(wèn)枝葉、根系處于生理生長(zhǎng)發(fā)育期，移植受損的傷口能及時(shí)產(chǎn)生愈合組織，即新芽新根能在短期內(nèi)得到恢復(fù)或修復(fù)。落葉樹(shù)—般則選擇在秋冬季，即樹(shù)木落葉后到發(fā)芽前。因此時(shí)樹(shù)木處于休眠期，而落葉樹(shù)大多數(shù)季相明顯，移植時(shí)都以保持全冠為宜，所以相對(duì)春季選擇秋冬季更為妥當(dāng)，但具體時(shí)間的選擇還需根據(jù)樹(shù)木的習(xí)性和物候特點(diǎn)來(lái)確定。適時(shí)選擇樹(shù)木的移植時(shí)間是建立在樹(shù)勢(shì)平衡這個(gè)基本原理之上的。 ②斷根縮坨。從樹(shù)木薪防；代謝括動(dòng)的生理危度來(lái)看，樹(shù)木移植經(jīng)過(guò)掘起、搬運(yùn)、再種植，其根系大量受損，樹(shù)木的水分和有機(jī)物質(zhì)大量消耗，這就打破了地上部分和地下部分的平衡，因?yàn)榫S持樹(shù)木地上部分枝葉平衡主要依靠地下部分的根系來(lái)供給養(yǎng)分，而根系則主要通過(guò)大量的毛根和須根來(lái)完成，所以毛須根的數(shù)量和生理質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。鏘決樹(shù)木移植中確保毛須根完整的有效辦法就是采用科學(xué)的傳統(tǒng)技法—斷根縮坨，也稱同根法，盤(pán)根法，—般在樹(shù)木移植前1—3年通過(guò)挖溝斷根、對(duì)根徑lcm以上的粗根進(jìn)行環(huán)狀剝皮、覆士等步驟來(lái)完成對(duì)樹(shù)木的斷根縮坨處理，斷根是提高移植樹(shù)木成活率的關(guān)鍵因素之一。 1.2.2 移栽過(guò)程中的注意事項(xiàng) 挖掘：在樹(shù)木移植前，應(yīng)根土壤的干濕情況進(jìn)行澆水，以防挖掘后因土壤過(guò)于而使土球松散或樹(shù)木脫水，以樹(shù)干為中心，沿外緣挖掘土球，土球的大小應(yīng)為移植樹(shù)木胸徑的7-8倍，土球的厚度不小于土球直徑的2/3，特別有要求的樹(shù)木，其土球規(guī)格可適當(dāng)放大，挖掘時(shí)首先應(yīng)鏟除表層土，沿土球外沿開(kāi)挖60-80cm寬的操作溝，遇到直徑超過(guò)2cm的根系應(yīng)剪斷或鋸斷，但不可用鐵鍬斬?cái)?，以防震裂土球，挖到一定深度后，將士球四周的土進(jìn)行修削，上大下心，肩部圓滑，形狀規(guī)整，同時(shí)挖掘過(guò)程中應(yīng)對(duì)樹(shù)木進(jìn)行適當(dāng)疏枝與修剪。 土壤的選擇和處理：要選擇通氣、透水性好，有保水保肥能力，土內(nèi)水、肥、氣、熱狀況協(xié)調(diào)的土壤。經(jīng)多年實(shí)踐，用泥沙拌黃土(3:1為佳)作為移栽后的定植用土比較好，它有三大好處，—是與樹(shù)根有“親和力”。在栽培大樹(shù)時(shí)，根部與土往往有無(wú)法壓實(shí)的空隙，經(jīng)雨水的侵蝕，泥沙拌黃土易與樹(shù)根貼實(shí)；二是通氣性好。能增高地溫，促進(jìn)根系的萌芽，三是排水性能好。雨季能迅速排掉多余的積水。遭水漚，造成根部死亡，旱季澆水能迅速吸收、擴(kuò)散。 1.2.3 移栽后的養(yǎng)護(hù)管理 旱季的管理：6-9月，大部分時(shí)間氣溫在280C以上，且濕度小，是最難管理的時(shí)期。如果管理不當(dāng)造成根干缺水、樹(shù)皮龜裂，會(huì)導(dǎo)致樹(shù)木死亡。這時(shí)的管理要特別注意：—是遮陽(yáng)防曬，可以樹(shù)冠外圍東西方向“幾’字型，蓋遮陽(yáng)網(wǎng)，這樣能較好的擋住太陽(yáng)的直射光，使樹(shù)葉免遭灼傷；二是根部灌水，預(yù)埋的塑料管或竹筒內(nèi)灌水，此方法可避免澆“半截水”能一次澆透，平常能使土壤見(jiàn)干見(jiàn)濕，也可往樹(shù)冠外的洞穴灌水，增加鉗木周圍土壤的濕度；三是甜南面架設(shè)三角支架，安裝—個(gè)高了樹(shù)l米的噴灌裝置，盡量調(diào)成霧狀水，因?yàn)橄摹⑶锛敬蠖啻的巷L(fēng)，密裝在南面可經(jīng)常給樹(shù)冠噴水，使樹(shù)干樹(shù)葉保持濕潤(rùn)，也增加了樹(shù)周圍的濕度，并降低了溫度，減少了樹(shù)木體內(nèi)有限水分、養(yǎng)分的消耗。沒(méi)條件對(duì)可采“滴灌法”，即在樹(shù)旁搭—個(gè)三角架，上面吊一只儲(chǔ)水梗，在桶下部打若干孔，用硅膠將塑料管粘在孔上，另一端用火燒后封死，將管螺旋狀繞在樹(shù)干和樹(shù)枝上，按需要從沒(méi)方向在管上打孔至滴水，同樣可起到濕潤(rùn)樹(shù)干樹(shù)枝、減少水分養(yǎng)分消耗的作用。 雨季的管理：南方春季雨水多，空氣溫度大，這時(shí)主要應(yīng)抗?jié)?。由于?shù)木初生芽葉，根部傷口未愈合，往往會(huì)贊附木死亡。雨季用潛水泵逐個(gè)抽干穴內(nèi)水，避免樹(shù)木被水浸泡。 寒冷季節(jié)的管理：要加強(qiáng)抗寒、保暖措施。一是要用草繩繞干，包裹保暖，這樣能有效地低御低溫和寒風(fēng)的侵害，二是搭建簡(jiǎn)易的塑料薄膜溫室，提高樹(shù)木的溫、濕度，三是選擇一天中溫度相對(duì)較高的中午澆水或葉面噴水。 移栽后的施肥：由于樹(shù)木損傷大，第一年不能施肥，第二年根據(jù)樹(shù)的生長(zhǎng)情況施農(nóng)家肥或葉面噴肥。 移栽后病蟲(chóng)害的防治：移植樹(shù)木的病蟲(chóng)害一般由原生境附帶而來(lái)的居多，所以在移植前須對(duì)樹(shù)木進(jìn)行病蟲(chóng)害的治理和健康植株樹(shù)木的挑選，在移植地應(yīng)特別注意對(duì)土壤和移植樹(shù)木損傷截U的處理，盡量減少病菌的滋生和感染。穆植后的樹(shù)木一旦發(fā)現(xiàn)蟲(chóng)害可采用捕殺、誘殺、化學(xué)施藥法等進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)病害一般采用人工清除、化學(xué)施藥進(jìn)行防治?？捎枚嗑`或托布津、敵殺死等農(nóng)藥混合噴施。分4月、7月、9月三個(gè)階段，每個(gè)階段連續(xù)噴本次藥，每星期一次，正常情況下可達(dá)到防治的目的。 大樹(shù)移栽后，一定要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理。俗話說(shuō)得好，“三分鐘，七分管”，由此可見(jiàn)，養(yǎng)護(hù)管理環(huán)節(jié)在綠化建設(shè)中的重要性。當(dāng)然，要切實(shí)提高大樹(shù)移栽后的成活率，還要在綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)、樹(shù)種選擇等方面動(dòng)動(dòng)腦筋，下點(diǎn)功夫。 1.3 國(guó)內(nèi)外前景 在中國(guó)液壓技術(shù)正是在新中國(guó)成立的未來(lái)發(fā)展。自1952中國(guó)第一液壓元件試驗(yàn)——齒輪泵，大致經(jīng)歷了外國(guó)產(chǎn)品的模仿，自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和引進(jìn)消化和改善的幾個(gè)階段。 近年來(lái)，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和科學(xué)研究，產(chǎn)品質(zhì)量有所提高，一批產(chǎn)品先進(jìn)水平的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展、人們環(huán)境意識(shí)的不斷增強(qiáng)，城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境矛盾日益突出，建設(shè)生態(tài)園林，進(jìn)行城鄉(xiāng)綠化，營(yíng)造青山、碧水、藍(lán)天和諧的人居生態(tài)環(huán)境不僅是現(xiàn)代城鄉(xiāng)發(fā)展要求，更是人們對(duì)美好生活的渴望。城市環(huán)境的建設(shè)，不但促使了各地城市不斷增加環(huán)境和景觀的建設(shè)投入，同時(shí)也使我國(guó)園林事業(yè)呈現(xiàn)了飛速發(fā)展之勢(shì)。我國(guó)目前林木的移栽大都采用人工作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率低、成本高、成活率低。采用機(jī)械化作業(yè)可提高工效幾十倍甚至上百倍，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了城市園林化的步伐，同也降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。因此研制開(kāi)發(fā)適合常規(guī)配套動(dòng)力的林木移栽機(jī)械具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，其產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。 目前，在中國(guó)的液壓技術(shù)已能冶金，工程機(jī)械，機(jī)床，化工機(jī)械，紡織機(jī)械及其他部門(mén)提供了一個(gè)比較完整的產(chǎn)品品種。 然而，我國(guó)液壓技術(shù)在數(shù)量和技術(shù)水平，產(chǎn)品品種，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和主要行業(yè)的要求還有不少差距，大量進(jìn)口液壓元件的年需求。 在未來(lái)，液壓技術(shù)的發(fā)展將是方向的： （1）改善器件性能，創(chuàng)建新的組件的大小，收縮。 （2）結(jié)合，高度集成化，模塊化。 （3）結(jié)合和微電子技術(shù)，向智能。 總之，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的比重液壓行業(yè)是偉大的，他與氣動(dòng)技術(shù)是用來(lái)衡量一個(gè)國(guó)家的工業(yè)化程度。 2.樹(shù)木移栽機(jī)的工藝參數(shù) 小型林木移栽機(jī)由主框架，提升架，鏟刀組件，鏟斗組件和液壓系統(tǒng)等組成，如圖2.1 所示。提升架可沿主框架上下運(yùn)動(dòng)，鏟斗可沿提升架上下運(yùn)動(dòng)。型林木移栽機(jī)可掛接在多種配套動(dòng)力（如各種輪式拖拉機(jī)）上，各工作部件由液壓油缸驅(qū)動(dòng)。工作時(shí)，通過(guò)操縱液壓系統(tǒng)的分配器，首先打開(kāi)鏟刀、鏟斗，通過(guò)調(diào)整移栽機(jī)的位置，將被挖林木置于鏟斗中心處，然后將提升架下移，使鏟刀、鏟斗置于地面上，操縱鏟刀油缸將兩鏟刀入土后再操縱鏟斗油缸將鏟斗下挖至要求的深度后，通過(guò)提升架將鏟刀、鏟斗和林木同時(shí)提出地面，最后松開(kāi)鏟刀、鏟斗，將根部帶有圓臺(tái)型土塊的林木放入塑料盆中，以提高林木成活率，方便運(yùn)輸。 本設(shè)計(jì)樹(shù)木移栽機(jī)為全液壓系統(tǒng)，相關(guān)工藝參數(shù)為： 額定載荷：2000kg（夾持式手部） 升降高度：1-3米 主要為電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手做上下運(yùn)動(dòng)。 2.2主要部件結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 2.2.1 鏟斗組件的設(shè)計(jì) 鏟斗組件主要包括鏟斗導(dǎo)軌、鏟斗油缸、鏟斗滑塊和鏟斗，如圖2.1 所示。鏟斗的運(yùn)動(dòng)軌跡由鏟斗導(dǎo)軌控制。為實(shí)現(xiàn)一定直徑林木的移栽要求，鏟斗小端直徑不能太小。鏟斗設(shè)計(jì)為半圓臺(tái)面形，導(dǎo)軌角度和圓臺(tái)的角度相同，以便使鏟斗滑快能自如的上下移動(dòng)。鏟斗的大端直徑為600mm，小端直徑為450mm，高為500mm，當(dāng)鏟斗架處于閉合狀態(tài)時(shí)鏟斗導(dǎo)軌與鉛垂方向的夾角為8.5°。 圖2.1 林木移栽機(jī)鏟斗組件結(jié)構(gòu)示意圖 1.鏟斗導(dǎo)軌2.鏟斗油缸3.鏟斗滑塊4.鏟斗 油缸兩端均是鉸接形式，當(dāng)鏟斗油缸伸出時(shí)，活塞桿與連接的滑塊在鏟斗的滑軌上移動(dòng)，鏟斗慢慢張開(kāi)。反之，當(dāng)油缸縮回回時(shí)，鏟斗慢慢閉合。 2.2.2鏟刀組件的設(shè)計(jì) 鏟刀組件主要包括鏟斗油缸、連接件、鏟刀臂和鏟刀，如圖2.3 所示。工作時(shí)鏟刀繞鏟刀臂旋轉(zhuǎn)，依靠鋒利的刀刃切斷林木的底根，同時(shí)鏟入泥土的鏟刀可以平衡一部分鏟斗的入土阻力，起到了地錨的作用，以防移栽機(jī)被抬起。 圖2.3 林木移栽機(jī)鏟刀組件結(jié)構(gòu)示意圖 1.鏟刀油缸2.連接件3.鏟刀臂4.鏟刀 2.2.3 主框架和提升架的設(shè)計(jì) 提升架通過(guò)滑塊安裝在主框架的導(dǎo)軌中，鏟刀、鏟斗等安裝在提升架上。在提升油缸的作用下，提升架、鏟刀及鏟斗沿主框架軌道上下運(yùn)動(dòng)，用來(lái)提升完成挖掘工作的鏟刀、鏟斗及所要移栽的林木，其結(jié)構(gòu)如圖2.4 所示。 圖2.4 林木移栽機(jī)主框架和提升架結(jié)構(gòu)示意圖 1.主框架2.提升油缸3.提升架 3.基本方案及其選型 3.1制定基本方案 （1）制定調(diào)速方案 ????液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。 ????方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ????速度控制通過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。 ????節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。 ????容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。 ????容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 ????節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。 ????調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。 ????節(jié)流調(diào)速一般采用開(kāi)式循環(huán)形式。在開(kāi)式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開(kāi)式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。 容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。 ????（2）制定壓力控制方案 ????液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。 ????在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來(lái)獲得所需的工作壓力。 ????（3）制定順序動(dòng)作方案 ????主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過(guò)電氣行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開(kāi)關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。 另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無(wú)載啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過(guò)壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開(kāi)順序閥使壓力油通過(guò)，來(lái)啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。 ????（4）選擇液壓動(dòng)力源 ????液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無(wú)其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 ????為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過(guò)濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過(guò)濾器或其他型式的過(guò)濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 ??小型林木移栽機(jī)系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 ????為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測(cè)元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。 圖3.1 林木移栽機(jī)液壓原理圖 如圖3.1，為林木移栽機(jī)液壓原理圖，其中包含：三位四通電磁換向閥；齒輪泵；油濾器；單向閥；液壓鎖；平衡閥；限位二位二通手動(dòng)換向閥；液壓缸組成。其中各液壓元件的作用： 齒輪泵：液壓動(dòng)力源 單向閥：防止回流現(xiàn)象產(chǎn)生 三位四通電磁換向閥：改變油路的流向 限位二位二通手動(dòng)換向閥：防止液壓缸超出規(guī)定行程 液壓鎖：防止液壓缸由于外界原因，在電磁閥中位時(shí)移動(dòng) 平衡閥：使液壓缸兩工作腔壓力平衡。 3.1執(zhí)行元件類型、數(shù)量和安裝位置 數(shù)量：該樹(shù)木移栽機(jī)為雙單叉結(jié)構(gòu)，故其采用的液壓缸數(shù)量為2個(gè)完全相同的液壓缸，其運(yùn)動(dòng)完全是同步的，但其精度要求不是很高。 安裝位置：液壓缸的安裝方式為耳環(huán)型，尾部單耳環(huán)，氣缸體可以在垂直面內(nèi)擺動(dòng)，安裝的位置為圖 所示的前后兩固定支架之間的橫梁 之上，橫梁和支架組成為一體，通過(guò)橫梁活塞的推力逐次向外傳遞，使樹(shù)木移栽機(jī)升降。 3.2速度和載荷計(jì)算 3.2.1 速度計(jì)算及速度變化規(guī)律 參考國(guó)內(nèi)電動(dòng)叉車類產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)可知。最大起升高度為1500mm時(shí)，其平均起升時(shí)間為45s，就是從液壓缸活塞開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到活塞行程末端所用時(shí)間大約為45s，設(shè)本電動(dòng)叉車的最小氣升降時(shí)間為40s,最大起升時(shí)間為50s，由此便可以計(jì)算執(zhí)行元件的速度v: 當(dāng) 時(shí)： =0.01325 當(dāng) 時(shí)： 3.2.2執(zhí)行元件的載荷計(jì)算及變化規(guī)律 執(zhí)行元件的載荷即為液壓缸的總阻力，液缸要運(yùn)動(dòng)必須克服其阻力才能運(yùn)行，因此在次計(jì)算液缸的總阻力即可，液缸的總阻力包括：阻礙工作運(yùn)動(dòng)的切削力，運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦阻力，密封裝置的摩擦阻力，起動(dòng)制動(dòng)或換向過(guò)程中的慣性力，回液腔因被壓作用而產(chǎn)生的阻力，即液壓缸的總阻力也就是它的最大牽引力： （1）切削力。根據(jù)其概念：阻礙工作運(yùn)動(dòng)的力，在本設(shè)計(jì)中即為額定負(fù)載的重力和支架以及上頂板的重力： 其計(jì)算式為： （2）摩擦力。各運(yùn)動(dòng)部件之間的相互摩擦力由于運(yùn)動(dòng)部件之間為無(wú)潤(rùn)滑的鋼-鋼之間的接觸摩擦，取， 其具體計(jì)算式為： 式中各符號(hào)意義同第三章。 （3）密封裝置的密封阻力。根據(jù)密封裝置的不同，分別采用下式計(jì)算： O形密封圈： 液壓缸的推力 Y形密封圈： f 摩擦系數(shù)，取 密封摩擦力也可以采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，一般取 （4）運(yùn)動(dòng)部件的慣性力。 其計(jì)算式為： 對(duì)于行走機(jī)械取，本設(shè)計(jì)中取值為 （5）背壓力。背壓力在此次計(jì)算中忽略，而將其計(jì)入液壓系統(tǒng)的效率之中。 由上述說(shuō)明可以計(jì)算出液壓缸的總阻力為： = =(204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x 9.8+(204.8+316+120+188+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500)9.80.05 =40KN 液壓缸的總負(fù)載為40KN，該系統(tǒng)中共有四個(gè)液壓缸個(gè)液壓缸，故每個(gè)液壓缸需要克服的阻力為10KN。 該電動(dòng)叉車的額定載荷為2500Kg ，其負(fù)載變化范圍為0—2500Kg，在工作過(guò)程中無(wú)沖擊負(fù)載的作用，負(fù)載在工作過(guò)程中無(wú)變化，也就是該電動(dòng)叉車受恒定負(fù)載的作用。 3.3手部設(shè)計(jì)計(jì)算 一、對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求 1，適當(dāng)?shù)膴A緊力 一方面在工作中，應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以確保穩(wěn)定和可靠的夾緊，變形小，加工表面，不損傷工件。對(duì)于剛性較差的工件的夾緊力應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范，為重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。 2，打開(kāi)足夠接近的范圍 夾持式手的手指被打開(kāi)和關(guān)閉裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指的開(kāi)閉位置變化的最大值稱為打開(kāi)和關(guān)閉范圍。旋轉(zhuǎn)的手的手指打開(kāi)和關(guān)閉范圍，可用于開(kāi)閉角和手指夾持端長(zhǎng)度。手指打開(kāi)和關(guān)閉范圍的要求，與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，在一般的形狀和大小，手指，如工作環(huán)境許可證，打開(kāi)和關(guān)閉范圍越大越好，如圖2.1所示。 圖2.1示例簡(jiǎn)圖 ，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小 一方面在臂部，前面的多變，工作結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，重量和體積直接影響結(jié)構(gòu)，樹(shù)木移栽機(jī)重抓，定位精度，速度和性能。因此，在手的設(shè)計(jì)，必須具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。 4，手指應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和剛度 5，其他要求 因此，送料，夾緊SCARA機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，在兩個(gè)最常用的指爪鉗，常閉歷史彈簧夾緊，夾緊方式放松時(shí)，與一個(gè)單作用液壓缸。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。 原則二，張緊裝置 如圖2.2?[ 4 ]所示：右腔停缸進(jìn)油，工件夾持彈簧力，右腔進(jìn)入汽缸油松開(kāi)工件。 圖2.2 液壓臂示意圖 1、右腔推力為 FP=（π／4）D2P （2.1） =（π／4）0.5225103 =4908.7N 2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為： F1=（2b／a）（cosα′）2N′ （2.2） 其中 N′=498N=392N，帶入公式2.2得： F1=（2b／a）（cosα′）2N′ =(2150/50)（cos30o）2392 =1764N 則實(shí)際加緊力為 F1實(shí)際=PK1K2/η （2.3） =17641.51.1/0.85=3424N 經(jīng)圓整F1=3500N 3、計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng)L,即 L=（D/2）tgψ （2.4） =25×tg30o =23.1mm 經(jīng)圓整取l=25mm 4、確定“V”型鉗爪的L、β。 取L/Rcp=3 （2.5） 式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6） 由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150 取“V”型鉗口的夾角2α=120o，則偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定， 查表得： β=22o39′ 5、機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍（速度）【1】 （1）伸縮運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/s Vmin=50mm/s （2）上升運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/s Vmin=40mm/s （3）下降Vmax=800mm/s Vmin=80mm/s （4）回轉(zhuǎn)Wmax=90o/s Wmin=30o/s 所以取手部驅(qū)動(dòng)活塞速度V=60mm/s 6、手部右腔流量 Q=sv （2.7） =60πr2 =60×3.14×252 =1177.5mm3/s 7、手部工作壓強(qiáng) P= F1/S （2.8） =3500/1962.5=1.78Mpa 3.4臂部設(shè)計(jì)計(jì)算 臂部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，臂部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題臂部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的臂部結(jié)構(gòu)。 要求：回轉(zhuǎn)±90o 角速度W=45o/s 以最大負(fù)荷計(jì)算： 當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長(zhǎng)度l=650mm。 1、計(jì)算扭矩M1〖4〗 設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩M1為： M1=F×S （2.9） =10×9.8×0.2=19.6（N·M） 2、液壓臂（伸縮）及其配件的估算扭矩M2〖4〗 F=5kg S=10cm 帶入公式2.9得 M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M） 3、轉(zhuǎn)動(dòng)缸的摩擦力矩M摩〖4〗 F摩=300（N）（估算值） S=20mm （估算值） M摩=F摩×S=6（N·M） 4、轉(zhuǎn)動(dòng)缸的總摩擦力矩M〖4〗 M=M1+M2+M摩 （2.10） =30.5（N·M） 5.由公式 T=P×b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×106/8 （2.11） 其中： b—葉片密度，這里取b=3cm； ΦA(chǔ)1—轉(zhuǎn)動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取ΦA(chǔ)1=10cm； Φmm—轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取Φmm=3cm。 所以代入（2.11）公式 P=8T/b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×106 =8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×106 =0.89Mpa 又因?yàn)? W=8Q/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b 所以 Q=W（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b/8 =（π/4）（0.12-0.032）×0.03/8 =0.27×10-4m3/s =27ml/s 3.5夾取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) RM的SCARA機(jī)器人的主要組成部分。它的作用是支撐臂部的手，和LED在空間運(yùn)動(dòng)。 手臂的動(dòng)作，通常是一些任意處理服務(wù)空間范圍的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力臂，它的工作是直接在臂部，雙手和動(dòng)，靜載荷，其運(yùn)動(dòng)是更多，更復(fù)雜的力。 平面關(guān)節(jié)精密機(jī)械手最終集中體現(xiàn)在位置精度的手。所以在導(dǎo)向裝置和一個(gè)合適的定位方法的選擇尤其重要。 手臂的伸縮速度為200m/s 行程L=500mm 1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】 Q=sv =200×π×402 =1004800mm3/s =0.1/102m3/s =1000ml/s 2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得：〖4〗 P=F/S （2.12） 式中：F——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。 所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F摩）/S =（30×9.8+1000）/π×402 =0.26Mpa 3、繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如圖2.4所示： 圖2.4機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表 4、由初步計(jì)算選液壓泵〖4〗 所需液壓最高壓力 P=1.78Mpa 所需液壓最大流量 Q=1000ml/s 選取CB-D型液壓泵（齒輪泵） 此泵工作壓力為10Mpa，轉(zhuǎn)速為1800r/min，工作流量Q在32—70ml/r之間，可以滿足需要。 5、驗(yàn)算臂部轉(zhuǎn)動(dòng)缸： T=PD（ΦA(chǔ)12-Φmm2）ηm×106/8 （2.13） W=8θηv/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b （2.14） 式中：Ηm—機(jī)械效率?。? 0.85～0.9 Ηv—容積效率?。? 0.7～0.95 所以代入公式（2.13）得： T=0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×106/8 =25.8（N·M） T50 工作壓力P（MPa） <0.8-10 1.5-2 2.5-3 3-4 4-5 >5-7 由于該液壓缸的推力即牽引力為10KN，根據(jù)上表，可以初步確定液壓缸的工作壓力為：p=2MPa 。 4.2 液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù) 4.2.1液壓缸的作用力 液壓缸的作用力及時(shí)液壓缸的工作是的推力或拉力，該電動(dòng)叉車工作時(shí)液壓缸產(chǎn)生向上的推力，因此計(jì)算時(shí)只取液壓液進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)產(chǎn)生的推力： F= 式中： p 液壓缸的工作壓力 Pa 取p= D 活塞內(nèi)徑 單位m 0.09m 液壓缸的效率 0.95 代入數(shù)據(jù): F = F = 10.3KN 即液壓缸工作時(shí)產(chǎn)生的推力為10.3KN。 表4.1 4.2.2 缸筒內(nèi)徑的確定 該液壓缸宜按照推力要求來(lái)計(jì)算缸筒內(nèi)經(jīng)，計(jì)算式如下： 要求活塞無(wú)桿腔的推力為F時(shí)，其內(nèi)徑為： 液壓缸機(jī)械效率 0.95 代入數(shù)據(jù)： D= =0.083m D=112.94mm 取圓整值為 D=112mm 4.2.3 活塞桿直徑的確定 （1）活塞桿直徑根據(jù)受力情況和液壓缸的結(jié)構(gòu)形式來(lái)確定 受拉時(shí)： 受壓時(shí)： 該液壓缸的工作壓力為為：p=2MPa,<5MPa,取d=0.5D,d=72.78mm。 （2）活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算 活塞桿在穩(wěn)定情況下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行： 材料的許用應(yīng)力 單位MPa 活塞桿用45號(hào)鋼 代入數(shù)據(jù)： =6.3MPa < 活塞桿的強(qiáng)度滿足要求。 （3）穩(wěn)定性校核 該活塞桿不受偏心載荷，按照等截面法，將活塞桿和缸體視為一體，其細(xì)長(zhǎng)比為： 時(shí)， 在該設(shè)計(jì)及安裝形式中，液壓缸兩端采用鉸接，其值分別為： 將上述值代入式中得： 故校核采用的式子為： 式中： n=1 安裝形式系數(shù) E 活塞桿材料的彈性模量 鋼材取 J 活塞桿截面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 L 計(jì)算長(zhǎng)度 1.06m 代入數(shù)據(jù)： =371KN 其穩(wěn)定條件為： 式中： 穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取=2—4 取=3 F 液壓缸的最大推力 單位N 代入數(shù)據(jù)： =123KN 故活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。 4.2.4 液壓缸參數(shù)的確定 （1）液壓缸壁厚的確定 液壓缸壁厚又結(jié)構(gòu)和工藝要求等確定，一般按照薄壁筒計(jì)算，壁厚由下式確定： 液壓缸最高工作壓力 單位Pa 一般取=（1.2-1.3）p 缸體材料的許用應(yīng)力 鋼材取 代入數(shù)據(jù)： 考慮到液壓缸的加工要求，將其壁厚適當(dāng)加厚，取壁厚。 （2） 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離為活塞的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，如下圖所示，如果最小導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將會(huì)使液壓缸的初始撓度增大，影響其穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，對(duì)于一般的液壓缸，液壓缸最大行程為L(zhǎng)，缸筒直徑為D時(shí)，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為： 即 取為72cm 活塞的寬度一般取 ，導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度，在時(shí)，取，在時(shí)，取，當(dāng)導(dǎo)向套長(zhǎng)度不夠時(shí)，不宜過(guò)分增大A和B，必要時(shí)可在導(dǎo)向套和活塞之間加一隔套，隔套的長(zhǎng)度由最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H確定。 （3） 液壓缸的流量 液壓缸的流量余缸徑和活塞的運(yùn)動(dòng)有關(guān)系，當(dāng)液壓缸的供液量Q不變時(shí)，除去在形程開(kāi)始和結(jié)束時(shí)有一加速和減速階段外，活塞在行程的中間大多數(shù)時(shí)間保持恒定速度，液壓缸的流量可以計(jì)算如下： 式中： A 活塞的有效工作面積 對(duì)于無(wú)桿腔 活塞的容積效率 采用彈形密封圈時(shí)=1，采用活塞環(huán)時(shí) =0.98 為液壓缸的最大運(yùn)動(dòng)速度 單位m/s 代入數(shù)據(jù)： 即液壓缸以其最大速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，所需要的流量為，以其 最小運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，所需要的流量為。 5.液壓系統(tǒng)方案的選擇和論證 液壓系統(tǒng)方案是根據(jù)主機(jī)的工作情況，主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求，液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件，以成本，經(jīng)濟(jì)性，供貨情況等諸多因素進(jìn)行全面綜合的設(shè)計(jì)選擇，從而擬訂出一個(gè)各方面比較合理的，可實(shí)現(xiàn)的液壓系統(tǒng)方案。其具體包括的內(nèi)容有：液路循環(huán)方式的分析與選擇，液源形式的分析和選擇，液壓回路的分析，選擇，合成，液壓系統(tǒng)原理圖的擬定。現(xiàn)在生產(chǎn)上使用的樹(shù)木移栽機(jī)都采用液壓傳動(dòng)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠的液壓系統(tǒng)，是保證移栽機(jī)正常工作的必要前提之一。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在分析移栽機(jī)各部件和裝置的運(yùn)動(dòng)、工作特點(diǎn)及上作阻力計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 （一）樹(shù)木移栽機(jī)的工作特點(diǎn) 樹(shù)木移栽機(jī)挖掘帶根樹(shù)木是在各有關(guān)部件和裝置協(xié)同動(dòng)作下完成的。在前面已說(shuō)明樹(shù)木移栽機(jī)的工作過(guò)程。樹(shù)木移栽機(jī)的主要工作特點(diǎn)是： (1)移動(dòng)作業(yè)：樹(shù)木移栽機(jī)必須開(kāi)到苗圃地或待移栽的樹(shù)木前實(shí)施挖掘作業(yè)，其作業(yè)地點(diǎn)是不斷變動(dòng)的。 (2)順序動(dòng)作：在挖樹(shù)時(shí)樹(shù)木移栽機(jī)要完成下列動(dòng)作：挖樹(shù)機(jī)構(gòu)直立（具有縱向傾斜機(jī)構(gòu)的移栽機(jī)才有此動(dòng)作），挖樹(shù)機(jī)構(gòu)下降，鍬鏟打開(kāi)，鍬鏟閉合，鍬鏟鎖緊，調(diào)平墊使導(dǎo)軌架水平，穩(wěn)定器撐開(kāi)，鍬鏟按1—3—2的順序鏟入土中，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)上升，穩(wěn)定器收回，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)傾倒在車底板上。樹(shù)木移栽機(jī)在向栽植坑植樹(shù)時(shí)要完成下列動(dòng)作：挖樹(shù)機(jī)構(gòu)直立，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)下降，穩(wěn)定器撐開(kāi)，鍬鏟按順序提升，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)提升，鍬鏟閉合，穩(wěn)定器收回，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)傾倒在車廂底板上。這些動(dòng)作都是順序進(jìn)行的，在同一時(shí)間內(nèi)沒(méi)有兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。僅在需要加抉工作速度時(shí)，有些輔助動(dòng)作（如提升，收回穩(wěn)定器等）可以同時(shí)進(jìn)行，但對(duì)工作沒(méi)有影響。 (3)工作部件和各動(dòng)作的執(zhí)行元件呈空間分布，即在移栽機(jī)的上、下、左，右等各部位都要布置傳動(dòng)部件，尤其是工作鏟呈環(huán)形布置時(shí)。 (4)有些部件運(yùn)動(dòng)的行程長(zhǎng)，如2ZS-100樹(shù)木移栽機(jī)的鏟刀移動(dòng)量達(dá)97cm．大約翰樹(shù)木移栽機(jī)鏟刀行程達(dá)160cm，但它們運(yùn)動(dòng)速度不高，對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度要求不高。本設(shè)計(jì)中升降缸的行程達(dá)到800mm，鏟土油缸的行程達(dá)到500mm。 (5)各工作部件和裝置的工作載荷不一致。其中以鍬鏟的下鏟阻力最大如20T一50型起苗機(jī)的單鏟下鏟阻力為15kN，2ZS-100型樹(shù)木移栽機(jī)的下鏟阻力為30kN，其次是提升時(shí)的重力載荷。由于這時(shí)要將挖樹(shù)機(jī)構(gòu)和挖出的樹(shù)木及帶根士球一道提升，重力載荷達(dá)10～20kN，有些裝置的工作載荷則很小如鍬鏟開(kāi)合機(jī)構(gòu)、調(diào)平墊等。 (6)間歇作業(yè)：樹(shù)木移栽機(jī)挖完一棵樹(shù)以后要由配套的運(yùn)載工具將樹(shù)運(yùn)到栽植點(diǎn)或運(yùn)送到地邊指定點(diǎn)，由其它運(yùn)輸工具集中轉(zhuǎn)運(yùn)。這時(shí)，動(dòng)力傳動(dòng)裝置停止工作。只有樹(shù)木移栽機(jī)到達(dá)栽植點(diǎn)后，或在進(jìn)行下一輪作業(yè)時(shí)傳動(dòng)裝置才又開(kāi)始工作。 (7)每一工作循環(huán)的時(shí)期短：如2ZS-IOO型樹(shù)木移栽機(jī)挖一棵樹(shù)的純作業(yè)時(shí)間只要l min。本設(shè)計(jì)中要求為60 s/顆。 （二）液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 根據(jù)樹(shù)木移栽機(jī)的工作特點(diǎn)，它的傳動(dòng)方式應(yīng)采用液壓傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)易于大幅度減速，從而獲得較大的力或力矩，并能實(shí)現(xiàn)較大范圍的無(wú)級(jí)變速，使傳動(dòng)簡(jiǎn)化。 (2)易實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以直接驅(qū)動(dòng)各工作裝置。各液壓元件之間可用管路連接，安裝位置自由度多，使于機(jī)械總體布置。 (3)能容量大，較小重量和尺寸的液壓件可傳遞較大的功率。 (4)液壓元件的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，而且液壓油具有一定的吸振能力，所以液壓系統(tǒng)的慣量小、啟動(dòng)快、工作平穩(wěn)、適合于頻繁、快速而無(wú)沖擊地啟動(dòng)、變速與換向。 (5)液壓系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)，且較機(jī)械傳動(dòng)操作簡(jiǎn)便、省力。 （三）樹(shù)木移栽機(jī)的液壓系統(tǒng)特點(diǎn) 從工作特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)來(lái)看，樹(shù)木移栽機(jī)采用液壓傳動(dòng)不但是必須的，而且是可能的。移栽機(jī)作業(yè)的順序性，間歇性，每一工{乍循環(huán)短等特點(diǎn)都有利于使用簡(jiǎn)單、可靠的液壓系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中才用液壓系統(tǒng)，下面說(shuō)明其特點(diǎn)： 本設(shè)計(jì)的樹(shù)木移栽機(jī)采用東方紅-7 5拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)的升降油泵：CB—46型齒輪泵為動(dòng)力裝置，操縱元件為多路換向閥及順序潤(rùn)，執(zhí)行元件為9個(gè)液壓油缸。油箱也是采用拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)的油箱。液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)足： （1）采用單泵定量系統(tǒng) 這是由于各油缸順序動(dòng)作，且工作速度不高，一個(gè)齒輪泵的流量就能滿足要求。在主回路上設(shè)置溢流閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。 (2) 采用多路換向閥，各手動(dòng)換向閥之間采用并聯(lián)。手動(dòng)換向閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、并可利用閥芯開(kāi)口大小調(diào)節(jié)流量從而控制油缸的工作速度。這種調(diào)速方式較簡(jiǎn)單，而且方便，只是油液易發(fā)熱，但由于工作機(jī)構(gòu)是間歇、短時(shí)間工作的，油溫有充分時(shí)間耗散，對(duì)工作不會(huì)產(chǎn)生大的影響。各執(zhí)行元件與主油路采用并聯(lián)，并使各支路上執(zhí)行元件的工作壓力接近一致，有利于工作部件的正常工作。 (3)采用順序閥，控制三個(gè)油缸的動(dòng)作。這是由于本系統(tǒng)的換向閥只有六路，但要控制9個(gè)油缸動(dòng)作，所以在開(kāi)合油缸5和定位油缸6之間安裝有兩個(gè)單向順序閥，使一個(gè)換向閥可以控制三個(gè)油缸的動(dòng)作。即開(kāi)合油缸先動(dòng)作，待導(dǎo)軌架進(jìn)入閉合位置，停止工作時(shí)，定位油缸立即開(kāi)始工作，將鏟組鎖定。反之，若定位油缸先工作，至定位軸松開(kāi)后，開(kāi)合油缸立即動(dòng)作，使兩個(gè)后導(dǎo)軌架轉(zhuǎn)到開(kāi)啟位置。這種設(shè)計(jì)縮小了操作裝置的體積，減少了控制動(dòng)作，也增加了操作的方便性。 (4)采用溢流閥卸荷：本系統(tǒng)未設(shè)計(jì)專門(mén)的卸荷回路，這是為了使系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單。當(dāng)各執(zhí)行元件完成了指定動(dòng)作后，可以將動(dòng)力分離，使油泵停止工作，若由于工作需要，不能停止油泵工作，從油泵壓出的油可經(jīng)溢流閥卸荷。這種卸荷方式會(huì)導(dǎo)致油液的發(fā)熱，所以這種狀況不能持續(xù)太長(zhǎng)，也不能經(jīng)常采用這一方式。  5.1 液路循環(huán)方式的分析和選擇 液路循環(huán)方式可以分為開(kāi)式和閉式兩種，其各自特點(diǎn)及相互比較見(jiàn)下表： 表5.1 液路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件。 比較上述兩種方式的差異，再根據(jù)樹(shù)木移栽機(jī)的性能要求，可以選擇的液路循環(huán)方式為開(kāi)式系統(tǒng)，因?yàn)樵摌?shù)木移栽機(jī)主機(jī)和液壓泵要分開(kāi)安裝，具有較大的空間存放電瓶，而且要求該樹(shù)木移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，開(kāi)始系統(tǒng)剛好能滿足上述要求。 5.2 開(kāi)式系統(tǒng)液路組合方式的分析選擇 當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)液壓執(zhí)行元件時(shí)，開(kāi)始系統(tǒng)按照液路的不同連接方式又可以分為串聯(lián)，并聯(lián)，獨(dú)聯(lián)，以及它們的組合---復(fù)聯(lián)等。 串聯(lián)方式是除了第一個(gè)液壓元件的進(jìn)液口和最后一個(gè)執(zhí)行元件的回液口分別與液壓泵和電瓶相連接外，其余液壓執(zhí)行元件的進(jìn)，出液口依次相連，這種連接方式的特點(diǎn)是多個(gè)液壓元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，其速度不隨外載荷變化，故輕載時(shí)可多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作。 5.3 調(diào)速方案的選擇 調(diào)速方案對(duì)主機(jī)的性能起決定作用，選擇調(diào)速方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載特性和調(diào)速范圍及經(jīng)濟(jì)性等因素選擇。 常用的調(diào)速方案有三種：節(jié)流調(diào)速回路，容積調(diào)速回路，容積節(jié)流調(diào)速回路。本樹(shù)木移栽機(jī)采用節(jié)流調(diào)速回路，原因是該調(diào)速回路有以下特點(diǎn)：承載能力好，成本低，調(diào)速范圍大，適用于小功率，輕載或中低壓系統(tǒng) ，但其速度剛度差，效率低，發(fā)熱大。 6.液壓元件的選擇計(jì)算及其連接 液壓元件主要包括有：液泵，電機(jī)，各種控制閥，管路，過(guò)濾器等。有液壓元件的不同連接組合構(gòu)成了功能各異的液壓回路，下面根據(jù)主機(jī)的要求進(jìn)行液壓元件的選擇計(jì)算. 6.1 液壓泵的選擇 ????1）確定液壓泵的最大工作壓力pp ????? ??pp≥p1+Σ△p???????????????????? ????式中 p1——液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力； ??? Σ△p——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。 Σ△p的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單、流速不大的，取Σ△p=（0.2～0.5）MPa；管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)閥的，取Σ△p=（0.5～1.5）MPa。 ????2）確定液壓泵的流量QP 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)，液壓泵的輸出流量應(yīng)為 QP≥K（ΣQmax）??? ????式中 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1～1.3； ????ΣQmax——同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從（Q-t）圖上查得。對(duì)于在工作過(guò)程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3/s。 ????系統(tǒng)使用蓄能器作輔助動(dòng)力源時(shí) ????式中 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.2； ??? ????Tt——液壓設(shè)備工作周期（s）； ??? ????Vi——每一個(gè)液壓缸或液壓馬達(dá)在工作周期中的總耗油量（m3）； ??? ?????z——液壓缸或液壓馬達(dá)的個(gè)數(shù)。 3）選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的pp和Qp值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。 ????4）確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，即（p-t）、（Q-t）圖變化較平緩，則 ????式中 pp——液壓泵的最大工作壓力（Pa）； ???? ????QP——液壓泵的流量（m3/s）； ??????? ηP——液壓泵的總效率，參考表4-1選擇。 表4-１液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 齒輪泵 柱塞泵 總效率 0.6