全自動植樹機結構計算設計摘要中國擁有大約960萬平方公里的國土面積，地大物博，各種資源豐富，隨著時代的發(fā)展，人口不斷增加，人們過度放牧，過度砍伐，過度開墾，過多的土地性質商用化等一系列問題導致土地種植面積逐漸降低，土地荒漠化，泥石流，海嘯，沙塵暴地震等自然災害的頻發(fā)，使得有限的土地資源變得更為緊缺，人地矛盾更加突出。作為機械專業(yè)的一名大學生，有責任也有義務充分利用自己所學的知識，力所能及的改善國家這一重大問題。近幾年，隨著重工業(yè)技術的不斷發(fā)展，人口的增長，工業(yè)用地、居住宅用地面積逐漸增大。面對有限的資源，要更加合理的利用土地，據我國目前的環(huán)境情況，主要采取的應對政策便是植樹造林。據調查我國目前種植方式主要是以人工為主、農業(yè)機械為輔，人力資源消耗較大，種植效率偏低。面對國家這一現(xiàn)狀，要從根本出發(fā)解決國家的這一棘手問題，基于機械化程度考慮，利用機械設計的有關知識，在前人以有的基礎上進行修改和設計，開發(fā)出一款集二次開溝、傳送帶移苗、低壓灌溉、機構撥苗、覆土蓋土等多功能于一身的全自動植樹機。此植樹機適應我國較復雜的地理環(huán)境，可以實現(xiàn)高質量、高效率的大面積種植，有效解放了勞動力。關鍵詞：全自動植樹機；機構拔苗；二次開溝；覆土蓋土；低壓灌溉目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 I緒論設計背景目前，我國森林資源相對不足，人均森林面積就更加稀少，又由于人們不良的生活習慣，使得中國成為土地荒漠化最為嚴重的國家之一，每年因治理改善土地荒漠化問題，要花費的資金約1200億人民幣。由于荒漠化，自然環(huán)境遭到嚴重破壞，國民經濟更受損嚴重，自20世紀中葉，我國便出臺了一系列的政策進行沙漠治理，多人致力于科學技術研究，并在森林保護上投入了大量的人力物力財力，形成了以荒漠化檢測為中心，綜合防治為手段的整體治理方式。面臨如此嚴峻的生態(tài)環(huán)境問題，國家林業(yè)局全面實施防沙計劃，解決土地荒漠化、固林防沙，最根本、最有效的措施就是植樹造林，樹木根部對土壤有一個緊固作用，讓土地不再持續(xù)荒漠化，水分不再流失。從歷史記載開始，除了天然的樹木森林，幾乎沒有主動地、人為的去種植大片樹林。相反，隨著科技發(fā)展人們對自然的破壞也日益加重。當人們開始意識這一點時，便開始越來越重視對森林的保護，開始自覺地植樹造林，一起維護我們的家園。但由于技術落后，大部分林業(yè)地區(qū)仍是以人工為主、機械為輔的傳統(tǒng)種植方式，效率低，人勞動力占比多，一些地勢復雜的地區(qū)還無法種植。要從根本上解決這些問題，就必須致力于機械研發(fā)，用機械代替人工活動，來完成高效率種植作業(yè)。目前市面上存在的植樹設備大多都是單一作業(yè)，如打坑機，如圖1-1所示。圖1圖11打坑機、設計的目的和意義森林，一種古老的自然資源，與人類的生活狀況密切相關。石油、煤炭、天然氣等給我們帶來經濟價值，吸收二氧化碳，凈化空氣、制造氧氣給我們帶來生態(tài)價值。森林有這么多優(yōu)點，植樹造林提升森林覆蓋率，這就要求我們自覺保護森林，愛護環(huán)境，植樹造林，進而養(yǎng)成良好的生活習慣。由于近代戰(zhàn)火常年肆虐，導致新中國綠化面積只有8.6%，國家開始積極發(fā)展植樹業(yè)。樹木種植率也在不斷提高，但森林覆蓋率還有人均擁有率都遠在世界水平之下。面對如此嚴峻的林業(yè)問題，對我們各方面提出了要求。學會自我管束，自覺施行低碳生活。生活中，可有可無的需求可以選擇放手，從生活中的每一件小事下手，做到防污減排。如在家訂外賣時選擇無餐具，出門逛街時選擇公交或地鐵、少用一次性筷子、少喝瓶裝水等。國家政策出臺要及時。國家的每一項政策對于老百姓來說都是穩(wěn)定劑，它可以正確的引導我們要怎么做，調動人民的積極性，快速而有效的完成黨分配的各項任務，完成植樹造林、防風固沙的任務。養(yǎng)成正確的生活方式。合理放牧，正確利用資源；合理選擇砍伐地區(qū)，拒絕胡亂砍伐；種植地區(qū)，增加綠化面積，提高深林覆蓋率，增加欣賞價值。加強植樹設備的技術研究。人工種植生產效率低，樹苗的存活率不高，還需浪費大量的人力，一臺能夠替代上萬勞動力、實現(xiàn)自動化的機械設備被迫切需要。國內外研究現(xiàn)狀首當其沖，美國率先研制出第一臺機械植樹機，因技術缺陷原因，被禁止使用。蘇聯(lián)也不甘落后，1947年研發(fā)出用于防護林種植的四連桿СПН-1和人工投苗СПН-2兩臺植樹設備。由此也正式開啟了世界性植樹機的研究工作。到了70年代，一臺在具有突破性進步的機械橫空出世選擇式植樹機，名副其實，植樹機具有選擇功能，能夠躲開地面上的不利因素，并在合適的植樹點進行種植，提高了機械設計水平以及利用率，避免了因外部條件對機械設備造成損傷。建國初，經濟科技水平比較落后，我國主要以引進為主，隨著經濟不斷發(fā)展，中國開始自行研發(fā)適應中國地理條件的植樹機。終于功夫不負有心人，于70年代后期，研發(fā)出了適合我國地理條件并能夠大面積開溝種苗的植樹機，很大程度上解放勞動力，提高種植效率。起初因科技水平限制，各植樹機結構以半自動化為主，用各種牽引裝置組合而成。比如利用拖拉機車頭牽引，結合汽油機、減速箱、離合器以及特定鉆具組合而成挖坑機；又比如手提挖坑機，在除去牽引裝置拖拉機頭后，采用更小巧的發(fā)動機、減速器、離合器等裝置，使整體結構更加緊湊，使用更方便；利用傳動軸、減速器、拉桿巧妙結合組成的懸掛式挖坑機，被用于面積較大的植樹工程，挖較大的樹坑。上世紀70年代，國內開始出現(xiàn)植樹機設計萌芽，90年代植樹機設計遍及機械的每一行業(yè)，掀起了高效率種植機械設備研發(fā)的浪潮。重工業(yè)的不斷發(fā)展，中國的工業(yè)力量增強，我國有了屬于自己的植樹機械設備，可不在依賴于國外進口，有些甚至還走出國門。目前研究方向主要還是以挖坑機為主，有手提式、懸掛式、液壓式挖坑機及牽引式鉆坑機等，根據地勢情況選擇不同的挖坑設備。如地勢平坦一般采用懸掛式，如圖1-2所示。適用于面積比較小的山地、丘陵地區(qū)的開坑機械，如圖1-3所示。圖1-2WH-60圖1-2WH-60型懸掛式挖坑機植樹設備研究有了一些突破，機械化種植理念出現(xiàn)在人們腦海中，但基本上還是半自動化為主，需要消耗大量的人力，植樹效率低，成活率情況暫未得到考慮。植樹設備產品單一，自動化程度較低，通用化差，相比西方一些工業(yè)大國來說，有較大的差距。同時植樹機械化使用率低，人們接受新鮮事物積極性也較低，只有再提高設備的安全可靠性，才能使這種植樹設備更快發(fā)展。圖圖1-3開溝機阻礙植樹機發(fā)展的原因很多，以下是其中的幾點：地理環(huán)境復雜，機械的通用性太差，功能單一，單一機械設備不能將各種植物，在不同地區(qū)種植。機械設計強度不足、種植效率低、連續(xù)作業(yè)時間不足、完成率不高等問題。機械設備與操作人員信任度不高。操作人員的操作能力不夠、機械操作過于復雜這兩方面原因，會在工作中出現(xiàn)誤傷幼苗、違法維修、設備停止工作等問題。機械設備使用壽命及后期維修問題。全自動植樹機整體設計我國的植樹機技術不斷發(fā)展，但大多開溝挖坑為主，沒有完全實現(xiàn)自動化種植。市面上有很多的開溝器，雖然種類很多，比如液壓式、手提式、懸掛式等，但功能較單一，適合作業(yè)的場合少，挖坑機械主要用于多山石的丘陵地區(qū)，且作用面積不足，作業(yè)要求不高，應用較廣泛；連續(xù)開溝植樹機雖然能夠實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)作業(yè)，在一定程度上提高了開溝效率，但后續(xù)種植工作上需要大量的人力，舍棄質量的情況下來追求速度，都是不可取的?；趪鴥韧鈱χ矘錂C的研究，結合自己所學的知識，通過設計與優(yōu)化，而打破以往的分工作業(yè)的形式，一款集機構撥苗、二次開溝、傳送帶移苗、低壓灌溉、覆土蓋土多功能于一體的全自動植樹機選進設計主題。此設備充分考慮我國的地理環(huán)境，適用于平原、山地、丘陵、盆地等惡劣環(huán)境，有效提高了種植效率，解放勞動力，使用方便，提高使用者與機械設備之間的信任度等系列問題。圖2-1牽引式自動植樹整體結構示意圖1234567891011圖2-1牽引式自動植樹整體結構示意圖1234567891011牽引式全自動植樹機如圖2-1所示。機架本身主要是由工型鋼車架、后輪、鋼板、板簧組成；移苗設備、離合器、減速裝置、撥苗器構成傳動系統(tǒng)；液壓裝置分為齒輪液壓，犁深控制液壓缸、捧土液壓缸等；配合農用拖拉機，組成整個植樹裝置。全自動植樹機的參數如表2.1所示。表2.1主要技術參數三維效果圖，如圖2-2所示。圖2-2防護林自動植樹機渲染效果圖圖2-2防護林自動植樹機渲染效果圖工作過程按照人力種樹的過程，全自動植樹機按照以下階段進行植樹作業(yè)：1.準備工作2.開溝作業(yè)：模式先開再擴，深度由液壓裝置控制。先由破溝器對地面進行定位開溝，按照要求開出或深或淺的溝，緊接著由擴溝器進行擴溝，擴出適合樹苗種植的空間，將地表硬土進行破碎，產生大量的松軟土。如下圖2-3所示。采用二次開溝的形式，不僅解決了因溝不適合種植，人工進行再挖坑的麻煩，還將大量深層的土壤翻到表面，當樹苗種下，可以為根部覆蓋大量的細土軟土，保證了所栽樹苗的成活率。圖2-3破溝器和擴溝器圖2-3破溝器和擴溝器3.種植工作：撥苗移苗作業(yè)，撥苗作業(yè)是將樹苗在儲苗庫中一顆顆移出來，設計為曲柄搖桿機構，如圖2-4所示。在保證樹苗種植時間距離相等的前提下，利用齒輪變速系統(tǒng)，將撥苗工作周期與相鄰樹苗需要的種植時間調為相等，使種植植株呈現(xiàn)規(guī)律排列。移苗為帶傳送，如2-5所示。帶傳送具有平穩(wěn)性特點，橡膠材料增大了傳遞摩擦力，傳送帶旁邊的遮陽鏡，防止了樹苗在傳送過程中脫離軌道的情況，這種結構下，樹苗能安放到位。圖圖2-4撥苗裝置圖2-5移苗裝置移苗機器，裝置設計采用生物仿真來設計的裝置外形，仿人手形狀的設計有利于將土壤精確覆蓋到樹坑兩側的土推到樹坑中，將樹苗進行固定，如圖2-6所示。圖圖2-6移苗裝置4.覆土裝置由一對向內傾斜的凹形圓盤組成的覆土輪，它將捧土裝置在樹苗根部的土進行覆土作業(yè)，把表面松土軟土覆蓋到樹苗根部，對所蓋軟土稍微壓實，達到生長時所需的拔苗力，保證樹苗成活率。如圖2-7所示。圖圖2-7壓土輪圖2-8軟管支撐裝置5.滴管灌溉作業(yè)：利用導向滑輪的導向作用，把滴管帶鋪設在相應位置，確保水能準確無誤的灌溉在新樹苗的周圍，如圖2-8所示。破溝器的設計種樹的步驟首先是開溝，其作業(yè)質量直接影響接下來的植樹工作，所以破溝器的設計尤為重要，根據實地調查，設備的學習，最終采用二次開溝形式裝置。因種植的地形地勢不同，破溝器需要破出寬而淺的植樹溝，再由擴溝器在樹溝中擴出窄而深的樹溝。通過事實證明：二次破溝的破溝方式，能很好的完成樹苗種植所需的樹坑，有溝形整齊、平直窄而深、深淺一致的優(yōu)點，且結構簡單，易于操作，便于維修。由于我國地勢情況復雜，對于多沙石、多山地地區(qū)，工作難度也增大，對破溝器的要求就要更高，所以想破出完美的植樹溝，破溝器需具備以下要求：一、破溝作業(yè)高質高效，溝形平直順暢，溝深淺而窄；二、破溝器通過自身運作，將干土打碎，濕土翻上，確保軟濕土覆蓋在樹苗根部；三、破溝器結構要巧妙，不僅要做到工作穩(wěn)定，不會因地表的土塊、石塊等防礙工作，還要開出適合種植的樹坑，做到結構緊湊，作業(yè)效果完美可靠；四、破溝器布局合理，在整個植樹機設備中，破溝器的位置安排合理，既不能因為體積過大而耽誤其他功能運作，也不能因位置不合適導致破出的樹坑不適合樹苗的種植。破溝方案設計植樹作業(yè)的第一步便是開溝，開溝的成功與否將直接影響到后面的種植工作。國內開溝形式較單一，自動化水平不高，另一方面，機械化開溝不適合大面積種植樹木，開溝植樹效率慢，工作質量低，勞動力的浪費嚴重。1.開溝方式：前置式破溝裝置:破溝器位于牽引車頭的前方，距離其他設備較遠，且體積較大，機械設備特殊，通用性較差，如圖3-1所示。圖3-1圖3-1破溝器前置（2）鏈條式破溝裝置:破溝裝置借鑒鏈條的形式，如圖3-2所示，在工作過程循環(huán)連續(xù)作業(yè)，達到高效作業(yè)的目的。由牽引裝置帶動完成破溝工作，大大提高了破溝作業(yè)的效率和質量，但這種鏈條式開溝設備體積龐大，鏈條部分也定制，加工成本太高，出現(xiàn)故障，后期維修比較復雜，零件的通用性不高。圖圖3-2鏈條式開溝裝置重復式破溝器:重復指裝置設計為二次開溝，由液壓裝置啟動，帶動破溝器、擴溝器進行開溝作業(yè)。二次開溝的設計主要是防止在地理條件較為惡劣的情況下，開溝沒有達到種植所需的要求，要用擴溝器進行二次開溝。如下圖3-3所示。圖圖3-3重復式破溝器縱觀上述破溝機器，整體來說還是重復式破溝器[2]更加適用于我國大部分地區(qū)的種植作業(yè)。結構簡單，分布緊湊，既改變現(xiàn)有破溝器裝置體積偏大，操作不方便的現(xiàn)狀，又能很好的將土有層次的分開，硬土部分遠離根部，將軟松土很好的覆蓋在樹苗根部。破溝器的受力分析犁頭的開溝器作為動載承受部件，應力承受情況尤為重要。由加速度產生的負載，如下：a=vtF=ma（3-2）其中：a--牽引加速度；v--牽引速度；t--單位植樹時間；F--破溝器受力；m--樹苗質量。設上升的加速度為0.5m/s速度為5m/s，，那加速負載為：F=8.5×10=85N破溝器的轉動慣量J：J=M其中：J--轉動慣量；mi--l--軸線與前端距離。加速力矩β：β=ωt（3-4）QUOTEβ=ωtτ=I×β(3-5)其中：ω--最大角速度；β--角加速度；τ--加速力矩；t--加速時間。借助SolidWorks軟件，其應力承受情況如圖3-4所示。圖圖3-4應力分析液壓控制系統(tǒng)的設計液壓控制系統(tǒng)對開溝器、擴溝器的下行深度進行控制，將裝置改為機械化，完成連續(xù)作業(yè)的要求，另一方面，液壓裝置體積小、結構緊湊、幾乎不需人工控制，可以節(jié)省大量勞動力，提高種植效率。后期零部件的拆卸或者維修都比較方便，互換性較好，綜合以上幾個優(yōu)點，液壓裝置作為開溝、擴溝裝置的控制系統(tǒng)是合理的?；钊瓧U力在機構工作的時侯受力最多，通過提前分析機構的受力，可讓設計更為合理。1.負載最大值Wa：Wa=pkS其中：S:安全系數（1.5～2.5）；:最大負載；pk:壓曲負載。2.壓曲負載Pk：整個液壓系統(tǒng)有壓彎情況的為活塞單獨受力和缸體受力,壓曲公式為:固定--自由：Pk=K2π固定--回轉：Pk=K1π其中：l：活塞桿的長度l：活塞端面力矩E：彈性模量P：活塞桿的截面積K：端末系數K值選擇如下圖3-5所示：圖3-5圖3-5K值的選擇本章主要講了開溝裝置的設計，是采用前開溝加后擴溝的形式，液壓裝置控制深度，并計算了主要的參數。破溝器開出的溝寬而淺，而擴溝器則是窄而深，兩次開溝相互配合，確保了溝渠的適用性，既能滿足根系比較小的植物，也能滿足根系較發(fā)達的植物，保證植物種植的多樣性。另外經過了兩次開溝，土壤被打碎、變細，有利于提高樹苗根部通透性，確保植被生長的存活率。液壓控制系統(tǒng)控制了開溝深度，省去了人工控制的步驟，且機械控制的穩(wěn)定性較好，又解放了勞動力，進一步實現(xiàn)了自動化。取苗裝置的設計顧名思義，取苗就是將之前放進苗庫的樹苗有規(guī)律的、一顆顆的取出來，放置到傳送帶上，經傳送帶運送到預先開好的樹溝中。這個過程中也會有很多要求，既要能夠保證樹苗一顆顆有序的取出，又要保證取出過程中不能傷及幼苗，不能給幼苗后期的成活制造問題。取苗方案設計我國植樹機械技術發(fā)展至今，主要有機械手臂取苗和運動構件取苗這兩種方式。一、機械手臂取苗。機械手臂目前是工業(yè)生產制造的強大助力，節(jié)省了大量人力，若在取苗裝置上運用，會使得取苗工作完成的更加精確，工作效率將會大大提高，但機械手臂設計比較復雜，對于取苗、放苗這兩個極限的位置，就需要在原有機械設備上在安裝兩個極限開關去控制行程。另外機械手臂屬于精密儀器，面對各種各樣不穩(wěn)定的植樹環(huán)境，機械手臂容易損壞，然而后期的維修又需要一個大工程。如下圖4-1所示：圖圖4-1機械手臂取苗裝置二、運動構件來取苗。憑借連桿之間運動的特性，將齒輪作動力源，齒輪-轉軸-連桿組成了曲柄搖桿機構。如下圖4-2所示：轉軸齒輪-連桿機架苗箱轉軸齒輪-連桿機架苗箱圖圖4-2齒輪-連桿組成曲柄搖桿機構相比于兩種取苗方式，結合我國植樹環(huán)境的具體情況來看，還是第二種曲柄搖桿機構的取苗方式比較合適。適用于大面積植樹，工作效率有效提高，其本身的結構較簡單，自動化程度較高，方便維修。取苗裝置曲柄搖桿機構的結構分析曲柄搖桿機構結構，如圖4-3所示。圖圖4-3曲柄搖桿機構1.機架2.曲柄3.連桿4.搖桿如圖結構所示，連桿是連接樹苗和齒輪的一個關鍵部分，在取苗工作過程中是一個很重要的環(huán)節(jié)，將樹苗按照要求一顆顆的落到指定的位置，需要巧妙的結構設計，具體結構如4-4圖所示。圖4-4圖4-4連桿結構曲柄搖桿機構的運動分析取苗裝置為曲柄搖桿機構，搖桿為從動件，做急回運動，取苗要求速度平穩(wěn)，回來時要快速準確，最終能高效的完成取苗工作環(huán)節(jié)。曲柄搖桿機構運動分析如下。圖圖4-5曲柄搖桿示意圖矢量方程式為：tgβ=位移方程式為：AB+BC=ADAE=AB+BEQUOTEAE=AB+BE其中B點的坐標：在（1）方程中：?2和?3在（2）方程中：χE和y3.位移方程：在ΔABCD中，∠BDC=β?所以β??30?β??34.速度方程：(4-3)由（1）、（2）對時間t求導：這其中：5.速度方程為：6.加速度方程為：由(3)、(4)對時間t求導：得：A=B=y遞苗裝置的設計遞苗裝置是緊跟著取苗裝置下來的裝置，把從苗箱里取出來的樹苗，平穩(wěn)順暢的將樹苗送到地面。既要保證樹苗準確無誤的落入之前開好的樹溝中，還要使樹苗直立放在樹坑中。遞苗裝置的結構設計遞苗裝置如圖5-1所示，按照順序依次為1齒輪組、2轉軸、3傳送帶、4滑道、5帶輪、6機架。撥苗裝置將苗箱中樹苗取出，緊接著遞苗裝置將樹苗遞放到傳送帶上，讓傳送帶將小樹苗準確的送到地面的樹坑中。如圖5-2所示?；瑴鲜潜ＷC準確無誤的落到地面的樹坑中，對于樹苗也是起到一個導向作用，其材料選用的是由橡膠材料制成，具有良好的彈性，使得樹苗能夠從滑道的縫隙中脫離，從而準確的落到地面上。如下圖5-3所示。圖5-2圖5-2遞苗裝置圖5-1遞苗裝置圖圖5-3滑溝遞苗裝置運動分析全自動植樹機的遞苗裝置滿足一邊取苗一邊遞苗同進行，其具體的構造和運動進程，如下圖5-4所示。圖圖5-4傳動結構如果要想樹苗按照指定位置落入樹坑，這就要保證遞苗裝置的傳送帶速度與車速度相等，方向相反。這樣樹苗相對于傳送帶向后運動，才能傳送到樹坑中，從而完成遞苗工作。遞苗裝置上的滑溝與取苗機構互相配合，這同時進行取苗和遞苗，實現(xiàn)預先設定的工作要求。覆土蓋土裝置的設計覆土蓋土裝置是將放入樹坑中樹苗根部進行土掩填實，所蓋土的軟硬程度會直接影響到樹苗的存活率，所以對覆土蓋土裝置來說，要保證樹苗的存活率是必不可少要滿足的要求。覆土蓋土方案設計覆土蓋土裝置設計現(xiàn)有農機市場上已經存在的大多是圓盤式和錐形滾子兩種，如下圖6-1所示。圓盤式覆土裝置大多呈現(xiàn)鈍角形式，從而保證開溝形成的稀土碎土能全部覆蓋在樹苗的根部位置，進而才能最大程度的保證樹苗后期的健康生長情況。錐形滾子覆土裝置往往都與銳角破溝器配合使用，工作時銳角破溝器破出的土壤會朝向開溝的兩側放置，而錐形滾子覆土裝置正好是將兩側的土壤翻到溝內，從而完成給樹苗根部蓋土覆土的工作。圖圖6-1圓盤式和錐形滾目前能夠在農機市場中找到的壓土裝置主要就是錐形和圓柱形這兩種壓實器，如下圖6-2所示。依照上文中的介紹，錐型壓實器按形狀來說有覆土的功能，它可以在樹苗根部兩側進行覆土蓋土，同時還可以仿照人手的功能在樹苗兩側進行壓實；而圓柱型壓實器則是利用其外表對根部土進行滾壓，通常選用鑄鐵做材料從而增大其自身的重力，更好的壓實根部土壤。還有些商販會通過自己的改裝，將實心輪子改為充氣輪胎，以減小操作者使用的勞動強度；或者換作震動壓實器，以便更好均勻的分布樹苗根部受力情況。設計過程中，由于考慮到我國較為復雜的地理環(huán)境，而直接借鑒目前已有的覆土蓋土機械設備有可能會滿足不了設計的植樹要求，從而出現(xiàn)土壤分布不均或者覆土過少的情況，影響樹苗的存活率。出于以上的考慮，終確定將覆土裝置定為仿人手狀，如下圖6-3所示。捧土幅度大小是由液壓系統(tǒng)控制調節(jié)，大面積的捧土板即保證了有充足的土壤覆蓋在樹苗根部，也完成了覆蓋均勻的要求，這同時，當捧土裝置在兩側進行覆土時，也會給根部土壤一個向下的分力，對樹苗根部土壤壓實。壓實裝置是結合圓柱形壓實器和錐形壓實器各自的優(yōu)點，將圓柱形壓實器安裝時向內傾斜一定角度，形成錐角，隨著壓實輪不斷向前滾動從而完成壓實工作，如下圖6-4所示。圖6-3捧土機構圖6-3捧土機構圖6-4壓實裝置蓋土覆土機構的設計為充分保證植苗的成活率，后期覆土蓋土、壓實工作必不可少，一方面要將一部分細軟土覆蓋到樹苗根部，另一方面還需要對土壤施加一定壓力，來防止樹苗歪倒。捧土裝置的設計為機架、仿手板、機械連桿和液壓裝置相組合，如下圖6-5所示。該捧土裝置是由液壓裝置控制，用作攏土的工作板面積要大，從而實現(xiàn)根部土壤均勻覆蓋。如下圖6-6所示。圖6-圖6-6捧土機構三維模型圖6-5捧土機構1.機架2.液壓缸3.連桿4.仿手板壓實輪輪轂為橡膠材料，如圖6-7所示。再完成蓋土工作，通過輪子的滾動，還可以再破碎一些大土塊，減少土壤之間有縫隙的空間，可以充分保留根部土壤的水分，從而進行復雜地表的種植。因考慮到地表受力平衡的問題，在設計時機械連桿裝置上裝備壓力彈簧，即通過壓力彈簧的受力情況進而控制鎮(zhèn)壓輪對底部壓力的大小，以防止壓力過小或過大而影響樹苗正常生長。圖6-圖6-7覆土鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓輪的制造材料是硬性橡膠輪，寬度為B2=100mm。根據實際情況，鎮(zhèn)壓輪的半徑取220mm。保證樹苗根部被濕土覆蓋的前提下，鎮(zhèn)壓輪對濕土進行壓實。設壓強為400N／m，下陷深度z與壓強P=K?Zn（其中：P為單位壓力；K為常數,K=α1+0.27B2,α取1Z為下陷深度，一般土壤取0.5，得下限深度Z=18.990mm。正常工作時，壓強400N／m，預緊力F為F=PRR為鎮(zhèn)壓輪半徑；W為鎮(zhèn)壓輪質量。澆灌裝置設計灌溉是樹苗能夠健康生長的不可缺少的步驟，既需要滿足樹苗生長所需的水源，還要做到節(jié)約用水，灌溉裝置采用的是低壓管道系統(tǒng)。他的工作過程是通過灌溉口，將水送到需要種苗的土壤附近，達到樹苗正常生長的濕度要求后便關閉水流，直到下個植樹點時再將水流重新打開。低壓管道系統(tǒng)灌溉，滿足了上文的灌溉要求。引流裝置圖7-1軟管鋪設設備灌溉裝置是在引導管引流下、卷軸支撐和支撐架固定共同完成，如下圖7-1圖7-1軟管鋪設設備水管引流軟管鋪設沿著結構支架，這樣不會被損傷水管，一定程度上保證了樹苗的成活率，提高效率，節(jié)省成本。灌溉裝置植樹機采用自動低壓灌溉技術，解決目前面臨的普遍問題：一方面是灌溉不到位，澆水不充分、位置不準確等問題；另一方面是資源浪費問題，有的植樹裝置為保證效率，水壓調節(jié)過高，會導致水資源浪費，甚至還會因高壓水流使樹苗種植不充分，影響成活率，不利于綠色發(fā)展。設計一種集節(jié)水噴頭、連接軟管、水箱、電泵于一體的灌溉裝置；如下圖7-2所示；圖7-2節(jié)水噴頭噴頭滿足了上述節(jié)水以及灌溉的要求，搭配步進式電動機，經連接軟水管連接，可以實現(xiàn)間接式供水需求，保證每顆樹苗及時得到水分，又不至于水壓過大沖倒樹苗，節(jié)約了水資源。傳動裝置和液壓輔助裝置的設計傳動線路的設計此機械設備在傳動路線安排上，采用拖拉機作為牽引裝置，通過聯(lián)軸器、離合器，然后將動力傳遞給錐齒輪變速箱，如下圖8-1所示。然后由齒輪變速箱再向下傳遞，一部分則通過帶傳動齒輪油泵、轉軸，提供整個機械的液壓能源；另一部分是經帶傳動進入減速箱，經減速后提供撥苗動力，如下圖8-2所示。圖8-1錐齒輪變速箱圖8-1錐齒輪變速箱圖8-2圖8-2動力傳動路線液壓輔助機構的設計液壓輔助系統(tǒng)裝置主要是液壓缸和液壓泵，結構、位置、作用如下圖8-3、8-4、8-5、8-6所示。圖8-4控制擴溝犁的液壓缸圖8-4控制擴溝犁的液壓缸圖8-3控制開溝器的液壓缸圖8-5圖8-5控制捧土動作的液壓缸圖8-6齒輪油泵按照實際工作情況不同，每棵樹苗之間的適宜距離1-3m也不同，工作時驅動速度一般為2-6Km/h。即遞苗的速度為5s/棵。設移苗裝置能存放6棵樹苗的話，那每棵樹苗間的距離一般約為1、2mm，由此可得：遞苗速度V1：V1移苗轉速W：W=V牽引速度V2：V2由計算可得，速度范圍約為0.86-2.25Km/h。設液壓馬達流量為400Ml/r，帶輪的轉速為57.61r/min。正常工作，液壓馬達排量達q=1000Qn1n其中：Q：液壓泵的理論流量（L/m）;n：輸出軸轉速（r/min）;n1：液壓泵的容積效率，柱塞泵為0.96；齒輪泵為0.88n2：控制閥的容積效率，0.98-0.99n3再代入參數，可得q=1000Q馬達輸出扭矩為M=0.159ΔPqη=333.9N.m結論在面對較為復雜的種植方式、市場較簡單的機械設備，根據自己所學，研發(fā)出了一款集機構撥苗、二次開溝、傳送帶移苗、低壓灌溉、覆土蓋土多種功能于一體的全自動植樹裝置。設備主要分為以下幾部分：（1）開溝裝置重復式二次開溝；（2）撥苗裝置由連桿-齒輪組成，易于控制，結構簡單、后期維修也是比較方便，并對連桿機構進行運動學具體分析；（3）移苗裝置用傳送帶。選用橡膠作為材料；（4）覆土蓋土仿真人形。液壓系統(tǒng)作為控制部分；（5）滴管灌溉采用低壓灌溉裝置。導向管對灌溉裝置進行導向工作，準確的將水流澆灌到挖好樹坑中。此全自動植樹設備的研究，對目前植樹工作做出了巨大改變，面對大面積植樹工作，確實可以高效快速的完成好植樹工作，對我國的植樹造林發(fā)展提供了高效的機械設備，使得中國的林業(yè)種植跨入了全自動化的時代。參考文獻[1]For.MelanieP.Moncada.ImpactofNationalGreeningSchemesontheEnvironmentalandEconomicWell-beingofTheirBeneficiaries[J].JournalofSocialScienceandHumanities,2021,2(12).[2]王雷.開溝器的結構設計與有限元分析[J].農業(yè)機械,2020(12):79-81.[3]O.E.Olagunju,O.C.Ariyo,U.U.Emeghara,O.S.Olagunju,S.O.Olafemi.DeterminantsofFarmer’sAttitudetoPlantAgro-forestryTreesinKadunaState,Nigeria[J].AdvancesinResearch,2020.[4].KomatsuLtd.;PatentIssuedforTreePlantingSystem,TreePlantingMethod,CultivatingMachine,TreePlantingMachine,AndManagementDevice(USPTO10,791,665)[J].AgricultureWeek,2020.[5]張志豐,張峻霞,張琰.基于仿生設計方法的開溝器優(yōu)化設計[J/OL].計算機集成制造系統(tǒng):[6]MicheleKurtz.GROWINGTREES,GROWINGJOBS[J].AmericanForests,2020,126(3).[7]徐先英,趙鵬,唐進年,紀永福,馬新兵.我國治沙機械研發(fā)現(xiàn)狀與展望[J].林業(yè)和草原機械,2020,1(02):21-25.[8]朱斌海,于航,李長威.間歇式挖穴植樹機設計與分析[J].森林工程,2020,36(01):39-44.[9]董淑杰.林業(yè)機械在生態(tài)林業(yè)發(fā)展中的應用分析[J].花卉,2019(24):205-206.[10]唐濤.扦插柳枝自動喂入裝置的設計與試驗研究[D].浙江理工大學,2020.[11]朱立東,李善鋒.林業(yè)生態(tài)栽培中的機械自動化技術與應用[J].林產工業(yè),2019,56(11):83-85.[12]張義勝,宮玉敏,高光明,劉琦,周慧.一種栽植機多功能鎮(zhèn)壓機構的探討[J].科技資訊,2019,17(23):50-52.[13]SauloPhilipeSebasti?oGuerra,RafaelRibeiroSoler,GuilhermeCorrêaSereghetti,GuilhermeOguri.AnevaluationoftheeconomicsandproductivityoffullymechanisedtreeseedlingplantinginBrazil[J].SouthernForests:aJournalofForestScience,2019,81(3).[14]王欣悅.多功能植苗裝備的設計與分析[D].北京林業(yè)大學,2019.[15]張明容,葉佐鎮(zhèn),程清偉.小型智能移栽機的設計與實現(xiàn)[J].農機化研究,2020,42(03):118-122+133.[16]張鵬,張杰.機械植苗造林技術要點[J].江西農業(yè),2019(10):87.[17]KokSengEu,ChoonHwaAng,YoonKetLee,TeeTiongTay,YehHuannGoh,ChoeYungTeoh.TomatoAutomationCultivationSystem:AutomatizeWateringandFertilizerBasedOnSensoryInformation[J].MATECWebofConferences,2019,255.[18]林悅香,尚書旗,王東偉,宋來其,張敬國.矮砧密植蘋果樹連續(xù)開溝定距栽植機研制[J].農業(yè)工程學報,2019,35(01):23-30.[19