一种车载液压式移栽装置研究

张 朋 黄 丽 和浩楠

(武昌工学院机械工程学院，湖北 武汉 430223)

0 前言

伴随着我国社会经济的深入发展，以及城市化进程的持续推进，城市的绿化在改善城市环境质量上扮演着不可替代的角色，且依然是国内当前和未来面临的严峻问题。在目前园林绿化工程中，对于树木的移栽也越加频繁，也主要以人工移栽为主要手段，因此在移栽树木的过程中，由于人为操作和运输过程，难免出现树木损坏的现象，同时对于较大的树木，容易出现树枝压断、折断等问题，这些问题的出现不仅影响到树木的存活率，对树木的欣赏价值也容易造成损失，且在移栽过程中，人工操作需要的劳动力多、强度大，且效率低、成本高。该文研究的车载液压移栽装置，将树木的挖取和移栽进行一体化操作，降低劳动强度，减少人力和物力的投入，使绿化移栽的效率大大提高。

1 国内外液压式移栽装置的研究现状

1.1 国外树木移栽装置的研究现状

国外在树木移栽装置方面的研究可以追溯到20世纪50、60年代左右，到目前为止，产品的种类很多，且自动化程度较高，一般采用单人操作的形式，就可以完成对树木的移栽。根据移栽过程中对树木挖取方式的不同，大致分为以下几种形式：直铲式、弧形铲式、U型铲式，通过对树木先进行挖取，然后再将树木经过其他方式进行转运移栽，未能实现对树木移栽的一体化操作，不过国外的整体设备及技术发展水平发展非常快。主要以美国的Big-John公司、加拿大Holt Tree Spades公司、德国的Optimal公司、荷兰的Damcon公司等，另外俄罗斯和日本也发展了先进的绿化机械。

1.2 国内树木移栽装置的研究现状

国内的园林绿化机械及树木移栽装置的研究起步较晚，从70年代开始对相关机械进行研究，80年代北京林业大学顾正平和张英彦建立了相关的数学模型，为后来的研究提供了宝贵的理论参考。21世纪初，我国内蒙古赤峰市赤田农林机械制造厂研制的可用于苗圃、园林工程绿化的大树移栽装置，江苏省丰垒果蔬特种机械研制有限公司也研制出了新型树木移栽装置，山东曲阜汇众机械设备有限公司制作出便携式树木移栽机。

2 液压系统的优点与缺点

2.1 液压系统的优点

(1)液压装置的工作介质是液压油，所以可以把工作时产生的热量从产生热量的地方带到其他地方，从而可以在同样功率下减小零部件的尺寸。相同体积的装置，液压装置可以产生比电气装置大得多的动力。

(2)液压装置由于重量轻，体积小，惯性小，所以响应速度快，容易实现快速的启动、停止和换向。

(3)液压装置可以在很大限度内实现无级变速，超速范围可以达到2000∶1，很容易获得极低的运动速度。

(4)由于液压装置使用液压油来传递运动，液压油在工作过程中几乎不可被压缩，同时液压油具有吸振性，因此液压装置工作时运动平稳。且液压油还具有润滑作用，可以延长液压装置的使用寿命。

(5)液压元件属于机械工业的基础件，除了油箱等少数零部件外，大多数元件都已经标准化、系列化，便于液压装置的维修更换。

(6)液压装置采用了溢流阀等多种过载保护措施，可以自动防止过载情况的产生，从而实现过载保护。

2.2 液压系统的劣势

(1)由于液压油可能存在泄露问题，而导致传动比不够准确，不能实现严格的传动比，且在液压传动的过程中需要进行两次能量转换而造成能量损耗，所以传动功率较低。

(2)温度的高低对于液压油的黏度有较大影响，如果液压油中混了气体就会产生震动和噪音，从而影响工作的稳定性。

(3)液压装置需要很好的密封性，所以液压元件的制造精度等级高，且液压装置发生故障不容易排查，对于维修技术要求较高。

3 车载液压式移栽装置的结构及工作原理

3.1 车载液压式移栽装置的结构

该液压式移栽装置主要有五大模块组成：装置的主要固定及连接的外壳部分、三大液压杆部分、移栽挖齿部分、环架部分、支撑架部分。该装置采用液压系统作为动力，通过液压杆驱动挖齿对树木进行挖取，将树木挖取后固定在环架内，整体移动，具有平稳且高强度的支撑力，实现了对树木的平稳支撑。

3.2 车载液压式移栽装置的组成及工作原理

车载式液压移栽装置包含挖齿、第一至四液压杆、环架、连接架、纵向架、固定架、扣架，装置各部分结构及组成如图1所示。装置的固定架安装在汽车尾部，第三液压杆一端连接着固定架，另一端连接在纵向架上，通过液压杆的伸缩可控制纵向架的上下运动。在纵向架上安装有第二液压杆和连接架，第二液压杆另一端连接着连接架，通过液压杆伸缩能够使连接架实现倾斜。连接架连接着环架，环架上安装有三组第一液压杆和挖齿，通过第一液压杆的伸缩来控制挖齿组的张开和闭合动作，实现对树木的挖取。在环架上有一部分作为装置的扣架，通过第四液压杆使扣架和连接架相连，通过第四液压的杆伸缩来控制扣架在环架上的扣合状态。在对树木进行挖取移栽时，第四液压杆控制扣架打开，通过扣架上的开口将树干包裹进去，再扣上扣架，在第三液压杆控制纵向架下移致使挖齿总体下移插入到泥土之中，在启动第一液压杆，控制挖齿组作出挖取动作，将树根挖取出来，再启动第三液压杆将树根提起，树根提起到固定高度后，再启动第二液压杆，第二液压杆收缩将树干倾斜直至水平并使树干放置于车的运货架之上，完成对树木的挖取，当需要重新将树木种下时，按原步骤返回操作即可将植木重新移栽。

1-挖齿、2-第一液压杆、3-环架、4-第二液压杆、5-第三液压杆、6-连接架、7-纵向架、8-固定架、9-扣架、10-第四液压杆。

图1

4 基于三维Solidworks软件的车载液压式移栽装置建模

根据实际的工作原理及相关的运动参数，使用三维Solidworks软件对前文所属的理论和结构进行设计，实现移栽装置的挖齿曲面建模、实体建模、固定架设计以及液压杆部分的设计等，最后再对各个部分的零件进行虚拟装配。如图2所示为该装置的侧视图，图3为该装置的俯视图及内部结构正视图，通过对装置的实体建模，可以对装置进行仿真分析、干涉检验以及合理地确定各个结构的尺寸。

图2

图3

5 结论

通过设计研究可以发现，该车载液压式移栽装置对树木移植具有以下几个特点:

(1)易操作性：通过装置的多组液压杆的配合使用实现了树木的挖取、移栽一体化，方便快捷，安全可靠。装置自动化程度较高，采用电机驱动的液压泵，液压泵驱动液压杆实现对树木的移栽过程。

(2)经济性：减少了人力、物力的投入，该装置可全部采用普通钢材，且结构简单易于制造，价格低廉，适合推广使用。

(3)由于主要采用液压能来作为主要的能源，液压传动对油温变化比较敏感，且在工作过程中会出现压力损失、沿程损失等，对系统的稳定运行带来一定的影响，因此在后续的设计优化中，要对该问题进行进一步的设计，或考虑采用其他驱动方式来代替。