一種車載液壓式移栽裝置研究

張 朋 黃 麗 和浩楠

(武昌工學院機械工程學院，湖北 武漢 430223)

0 前言

伴隨著我國社會經濟的深入發展，以及城市化進程的持續推進，城市的綠化在改善城市環境質量上扮演著不可替代的角色，且依然是國內當前和未來面臨的嚴峻問題。在目前園林綠化工程中，對于樹木的移栽也越加頻繁，也主要以人工移栽為主要手段，因此在移栽樹木的過程中，由于人為操作和運輸過程，難免出現樹木損壞的現象，同時對于較大的樹木，容易出現樹枝壓斷、折斷等問題，這些問題的出現不僅影響到樹木的存活率，對樹木的欣賞價值也容易造成損失，且在移栽過程中，人工操作需要的勞動力多、強度大，且效率低、成本高。該文研究的車載液壓移栽裝置，將樹木的挖取和移栽進行一體化操作，降低勞動強度，減少人力和物力的投入，使綠化移栽的效率大大提高。

1 國內外液壓式移栽裝置的研究現狀

1.1 國外樹木移栽裝置的研究現狀

國外在樹木移栽裝置方面的研究可以追溯到20世紀50、60年代左右，到目前為止，產品的種類很多，且自動化程度較高，一般采用單人操作的形式，就可以完成對樹木的移栽。根據移栽過程中對樹木挖取方式的不同，大致分為以下幾種形式：直鏟式、弧形鏟式、U型鏟式，通過對樹木先進行挖取，然后再將樹木經過其他方式進行轉運移栽，未能實現對樹木移栽的一體化操作，不過國外的整體設備及技術發展水平發展非常快。主要以美國的Big-John公司、加拿大Holt Tree Spades公司、德國的Optimal公司、荷蘭的Damcon公司等，另外俄羅斯和日本也發展了先進的綠化機械。

1.2 國內樹木移栽裝置的研究現狀

國內的園林綠化機械及樹木移栽裝置的研究起步較晚，從70年代開始對相關機械進行研究，80年代北京林業大學顧正平和張英彥建立了相關的數學模型，為后來的研究提供了寶貴的理論參考。21世紀初，我國內蒙古赤峰市赤田農林機械制造廠研制的可用于苗圃、園林工程綠化的大樹移栽裝置，江蘇省豐壘果蔬特種機械研制有限公司也研制出了新型樹木移栽裝置，山東曲阜匯眾機械設備有限公司制作出便攜式樹木移栽機。

2 液壓系統的優點與缺點

2.1 液壓系統的優點

(1)液壓裝置的工作介質是液壓油，所以可以把工作時產生的熱量從產生熱量的地方帶到其他地方，從而可以在同樣功率下減小零部件的尺寸。相同體積的裝置，液壓裝置可以產生比電氣裝置大得多的動力。

(2)液壓裝置由于重量輕，體積小，慣性小，所以響應速度快，容易實現快速的啟動、停止和換向。

(3)液壓裝置可以在很大限度內實現無級變速，超速范圍可以達到2000∶1，很容易獲得極低的運動速度。

(4)由于液壓裝置使用液壓油來傳遞運動，液壓油在工作過程中幾乎不可被壓縮，同時液壓油具有吸振性，因此液壓裝置工作時運動平穩。且液壓油還具有潤滑作用，可以延長液壓裝置的使用壽命。

(5)液壓元件屬于機械工業的基礎件，除了油箱等少數零部件外，大多數元件都已經標準化、系列化，便于液壓裝置的維修更換。

(6)液壓裝置采用了溢流閥等多種過載保護措施，可以自動防止過載情況的產生，從而實現過載保護。

2.2 液壓系統的劣勢

(1)由于液壓油可能存在泄露問題，而導致傳動比不夠準確，不能實現嚴格的傳動比，且在液壓傳動的過程中需要進行兩次能量轉換而造成能量損耗，所以傳動功率較低。

(2)溫度的高低對于液壓油的黏度有較大影響，如果液壓油中混了氣體就會產生震動和噪音，從而影響工作的穩定性。

(3)液壓裝置需要很好的密封性，所以液壓元件的制造精度等級高，且液壓裝置發生故障不容易排查，對于維修技術要求較高。

3 車載液壓式移栽裝置的結構及工作原理

3.1 車載液壓式移栽裝置的結構

該液壓式移栽裝置主要有五大模塊組成：裝置的主要固定及連接的外殼部分、三大液壓桿部分、移栽挖齒部分、環架部分、支撐架部分。該裝置采用液壓系統作為動力，通過液壓桿驅動挖齒對樹木進行挖取，將樹木挖取后固定在環架內，整體移動，具有平穩且高強度的支撐力，實現了對樹木的平穩支撐。

3.2 車載液壓式移栽裝置的組成及工作原理

車載式液壓移栽裝置包含挖齒、第一至四液壓桿、環架、連接架、縱向架、固定架、扣架，裝置各部分結構及組成如圖1所示。裝置的固定架安裝在汽車尾部，第三液壓桿一端連接著固定架，另一端連接在縱向架上，通過液壓桿的伸縮可控制縱向架的上下運動。在縱向架上安裝有第二液壓桿和連接架，第二液壓桿另一端連接著連接架，通過液壓桿伸縮能夠使連接架實現傾斜。連接架連接著環架，環架上安裝有三組第一液壓桿和挖齒，通過第一液壓桿的伸縮來控制挖齒組的張開和閉合動作，實現對樹木的挖取。在環架上有一部分作為裝置的扣架，通過第四液壓桿使扣架和連接架相連，通過第四液壓的桿伸縮來控制扣架在環架上的扣合狀態。在對樹木進行挖取移栽時，第四液壓桿控制扣架打開，通過扣架上的開口將樹干包裹進去，再扣上扣架，在第三液壓桿控制縱向架下移致使挖齒總體下移插入到泥土之中，在啟動第一液壓桿，控制挖齒組作出挖取動作，將樹根挖取出來，再啟動第三液壓桿將樹根提起，樹根提起到固定高度后，再啟動第二液壓桿，第二液壓桿收縮將樹干傾斜直至水平并使樹干放置于車的運貨架之上，完成對樹木的挖取，當需要重新將樹木種下時，按原步驟返回操作即可將植木重新移栽。

1-挖齒、2-第一液壓桿、3-環架、4-第二液壓桿、5-第三液壓桿、6-連接架、7-縱向架、8-固定架、9-扣架、10-第四液壓桿。

圖1

4 基于三維Solidworks軟件的車載液壓式移栽裝置建模

根據實際的工作原理及相關的運動參數，使用三維Solidworks軟件對前文所屬的理論和結構進行設計，實現移栽裝置的挖齒曲面建模、實體建模、固定架設計以及液壓桿部分的設計等，最后再對各個部分的零件進行虛擬裝配。如圖2所示為該裝置的側視圖，圖3為該裝置的俯視圖及內部結構正視圖，通過對裝置的實體建模，可以對裝置進行仿真分析、干涉檢驗以及合理地確定各個結構的尺寸。

圖2

圖3

5 結論

通過設計研究可以發現，該車載液壓式移栽裝置對樹木移植具有以下幾個特點:

(1)易操作性：通過裝置的多組液壓桿的配合使用實現了樹木的挖取、移栽一體化，方便快捷，安全可靠。裝置自動化程度較高，采用電機驅動的液壓泵，液壓泵驅動液壓桿實現對樹木的移栽過程。

(2)經濟性：減少了人力、物力的投入，該裝置可全部采用普通鋼材，且結構簡單易于制造，價格低廉，適合推廣使用。

(3)由于主要采用液壓能來作為主要的能源，液壓傳動對油溫變化比較敏感，且在工作過程中會出現壓力損失、沿程損失等，對系統的穩定運行帶來一定的影響，因此在后續的設計優化中，要對該問題進行進一步的設計，或考慮采用其他驅動方式來代替。