小型棗樹移栽機鏟斗組件的仿真分析摘要: 本設計的小型棗樹移栽機，用于挖掘直徑在 2-6cm 的較小樹木，挖掘土球直徑為 50cm，土球高度為 60cm。關鍵詞：小型棗樹移栽機；鏟斗組件；安全系數(shù)；仿真；等量應力變化中圖分類號： 文獻標識碼：ASmall jujube tree transplanting machines bucketassembly simulation analysisChangYinPeng(Mechanical Electrical Engineering College of Tarim University, Xinjiang Alar 843300)Abstract : The design of small jujube transplanting machine, used for mining2-6cm in diameter, smaller trees, digging soil ball diameter is 50cm, height 60cm soil ball.Keywords: Small jujube tree transplanting machines Blade assembly Bucket assembly Blade wall Hydraulic cylinderCLC: Document Code: A1.引言隨著經濟和科學技術的發(fā)展，加強科學技術的投入和技術創(chuàng)新。加大宣傳力度，提高農民的積極性。同時要使栽植的穩(wěn)定性和栽植速度大大提高，降低生產成本和勞動強度。我國在移栽機研制過程中，農機與農藝明顯脫節(jié)，需要進一步完善與育苗設施及相應的配套技術。在引進基礎上要克服不足，盡量設計出適合經濟作物的移栽機，加強自動喂苗栽植器 [1]的研究，增加檢測與傳感裝置，適時地控制栽植過程。力求達到預期的栽植效果。同時還要加強自動提苗機構的設計，應將通用移栽機 [2]與專用移栽機相結合，增強移栽機的環(huán)境適應性，提高其通用性。棗樹在栽植過程中都是沿用傳統(tǒng)的人工栽植的方法，傳統(tǒng)栽植法勞動力大、強度大，機器的機動性、適應性低，能耗高、效率較低等問題。要實現(xiàn)由傳統(tǒng)栽植技術向現(xiàn)代栽植技術的轉變。需因地制宜，大力發(fā)展棗樹栽植機械化 [3]。為了充分利用資源減少自然災害，爭取高產，機械化移栽是有效途徑。這樣可以解決人工栽植過程中的栽植勞動強度大，所需勞動力較多，產品粗大笨重，成本高、效率低，質量難以保證的問題?，F(xiàn)代設計方法不僅要考慮機械靜強度，而且還要考慮機械的動態(tài)性，這樣才能提高機械設備的性能和效率。隨著移栽技術的作用日益突出，降低了農民的勞動強度、提高工作效率，機械移栽的行距、株距和深度保持一致，質量穩(wěn)定可靠，為棗樹種植的規(guī)模化提高了前提，為生態(tài)作業(yè)打下了良好的基礎。生態(tài)果業(yè)機械化發(fā)展已經步入新的歷史起點 [4]，生態(tài)果業(yè)機械化作為發(fā)展現(xiàn)代化農業(yè)的主要內和主要標志，適合地區(qū)生產需要的栽植機植種類較少、單一，科技含量不高，不能滿足果業(yè)生產發(fā)展的要求。人工移栽勞動強度大，需勞動力多，效率低，嚴重影響了經濟作物的發(fā)展，不能較快地推進種植果林業(yè)的發(fā)展。新型的栽植機的改造和設計提高了機具的性能和效率 [5]，并為其他的林業(yè)與木工機械動態(tài)設計開辟新的道路，使得我國的機械趕得上時代并達到世界的水平，這對于提高我國植樹造林機械化的進程有巨大的推動作用，同時對于我國林業(yè)的經濟效益和生態(tài)效益具有重大意義。也對棗果業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。2.結構原理和工作過程本實用新型涉及一種液壓小型棗樹移栽機，屬于園林機械技術領域。此小型樹木移栽機由提升架滑道、 提升架液壓缸、提升架、鏟斗組件滑道、鏟斗組件和鏟斗滑塊等部件組成 ，挖樹的動作是由各組件配合完成，鏟斗組件用來鏟斷樹木的側根并使根球與周圍土壤分離．機架剛性固定在配套拖拉機或其他動力機械上；提升架由1個提升油缸來驅動，鏟斗組件由兩鏟斗液壓缸驅動．鏟斗組件的開合由開合蓋板驅動．大致工作作流程如下：駕駛林木移栽機靠近要移栽的樹木，在快接近的時候停下，駕駛棗樹移栽機使被移栽樹木木處于鏟斗組什中間位置，合上開合蓋板，使鏟斗組件閉合包圍棗樹，鏟斗組件在鏟斗組件液壓缸作用下壓下切斷樹木的根部，打開提升油缸把所挖樹木提升上來，完成棗樹的挖掘工作。本設計結構簡單、操作簡便、機動靈活、作業(yè)效率高，適用于苗圃、林場、園林等場所的樹坑挖掘、小型樹木帶土起挖移栽、短距離樹木運輸。其總體結構示意圖如下圖所示：1 鏟斗 2 架子一側 3 六角厚螺母 4 特大墊圈 5 閉合蓋板 6 六角厚螺母 7 拉桿墊圈 8 機架滑軌 9 提升架曲柄 10 提升架液壓剛 11 機架 12 搖桿 13 拉桿 14 提升架 15 鏟斗液壓缸桶套 16 六角頭螺栓圖 1 小型棗樹移栽機總體結構示意圖棗樹移栽機的挖掘主要靠鏟斗組件，鏟斗組件的作用是在挖掘工作時切斷樹木的根部，保證挖掘的順利進行。從受力分析的角度看鏟斗組件受到的載荷也較大，而且鏟斗組件的空間位置隨時間不斷變化。所以鏟斗組件的性能直接影響棗樹移栽機的壽命和作業(yè)性能，必須合理的設計鏟斗組件的結構，提高剛度，使應力分布合理，盡量達到結構的最優(yōu)化。隨著有限元技術和通用有限元軟件的發(fā)展，利用 CAE 技術對零件的結構進行工程數(shù)值模擬，結構優(yōu)化仿真等有限元分析逐漸成為結構設計的有效工具。3.鏟斗組件有限元模型的建立3.1 鏟斗組件的受力分析鏟斗組件安裝在架子一側的滑塊外生桿上并與鏟斗液壓缸活塞桿剛性的焊接在一起，由于移栽機鏟斗液壓缸活塞桿在工作過程中啟動瞬間是勻速運動的，所以所受內力與外力是相互平衡的，可以用靜力學代替動力學分析。鏟斗組件所受的驅動力只有鏟斗組件液壓缸對它的正壓力，同時受到土壤對鏟斗頂部的作用力，土壤對鏟斗組件的腹部壓力及鏟斗組件與土壤的摩擦力，在分析時我們可以抓主忽次，可以忽略土壤的摩擦力的作用。3.2 鏟斗組件的有限元建模首先，用 solidworks2010 進行鏟斗組件的三維實體造型，然后用 Solidworks SimulationXpress[6]模塊對鏟斗組件進行網格劃分，圖 3 為劃分網格后，施加力和約束的有限元模型，在 solidworks 中對實體模型進行網絡劃分后共有 15884 個節(jié)點，7736 個單元數(shù)。圖 3 鏟斗組件網絡劃分4.鏟斗組件仿真方案與結果分析4.1 方案匯總方案一假設原始建模鏟斗組件上的每個面都受到鏟斗液壓缸的最大理論推力 20100N，土壤對鏟斗的壓強為 2 0000N/㎡方案二假設原始建模鏟斗組件上的每個面都受到均布載荷，即三個面分別收到的力均為20100/3=6700N,土壤對鏟斗的壓強為 20000N /㎡方案三對鏟斗模型進行改變，改變鏟斗模型的支撐厚度，在每個面上添加鏟斗液壓缸的最大理論推力，土壤對鏟斗的壓強為 20000N/㎡方案四在案例三的模型上對鏟斗組件上的每個面施加均布載荷，即三個面分別收到的力均為20100/3=6700N,土壤對鏟斗的壓強為 20000N /㎡方案五綜合分析案例一至案例四，對模型再次更改，對原始模型在支撐部位增加厚度同時對支撐邊緣添加圓角。4.2 結果分析方案一結果分析：針對方案一假設每個施加力的面都是施加最大理論力值可以得出如下結果： （1）Stress（-vonMises-）等量應力變化情況雖然大部分應力變化比較小，但是鏟斗組件連接點附近的等量應力變化較大，存在不穩(wěn)定因素；（2）鏟斗組件的底部的 Displacement 變化幅度太大，其中部至上不過度的安全顏色趨于零，處于危險狀態(tài)；（3）Deformation 中部位移變化較大，沒有達到理想的變形要求；（4）Factor of Safety 安全系數(shù)大部分呈現(xiàn)藍色，符合要求，但是支撐部位出現(xiàn)紅色的安全警告因此極易斷裂，因此還需要對此進行改進。 方案二結果分析：在方案一的基礎上建立方案二，假設每個施加力的面都是施加最大理論力值的平均值可以得出如下結果：（1）Stress（-vonMises-）等量應力變化情況雖然大部分應力變化比方案一要低，但是仍然存在不穩(wěn)定因素；（2）鏟斗組件的上部邊緣的 Displacement 變化幅度太大趨于紅色最大值；（3）Deformation 中部位移變化較大，沒有達到理想的變形要求；（4）Factor of Safety 安全系數(shù)全部呈現(xiàn)藍色，符合要求。因此還需要對此方案進行改進，對模型進行改進。方案三結果分析：方案三是在方案二的基礎上對鏟斗模型進行改變，改變鏟斗模型的支撐厚度，然后在每個面上施加最大理論力值可以得出如下結果：（1）Stress（-vonMises-）等量應力變化情況明顯比方案一小的多，但比方案二要稍大；（2）鏟斗組件的底部的 Displacement 變化幅度太大，其中部至上不過度的安全顏色趨于零，處于危險狀態(tài)；（3）Deformation 中部位移變化較小，近乎達到理想的變形要求；（4）Factor of Safety 安全系數(shù)大部分呈現(xiàn)藍色，符合要求，但是支撐部位出現(xiàn)紅色的安全警告因此極易斷裂所以還需要改進。方案四結果分析：在方案三的基礎上建立方案四，每個施加力的面都是施加最大理論力值的平均值可以得出如下結果： （1） Stress（-vonMises-）等量應力變化情況明顯的比前三個方案變化程度小，因此方案四的等量應力變化情況是趨于合理的；（2）鏟斗組件的上部的 Displacement 變化幅度稍有些大，其中部至上部過度的安全顏色逐漸增加，危險狀態(tài)明顯減少；（3）Deformation 中部位移變化較大，沒有達到理想的變形要求；（4）Factor of Safety 安全系數(shù)全部呈現(xiàn)藍色，符合要求。接著在分別分析方案一至方案四的和位移及位移變化情況，可以得出以下結論，在方案一中鏟斗組件頂部位移變化很大；在方案二中鏟斗組件頂部位移變化達到要求，但是側部位移存在隱患；在方案三中鏟斗組件頂部位移達到要求，但支撐處部分位移存在潛在隱患；在方案四中鏟斗組件頂部位移和側部位移均達到要求。然后再分別分析方案一至方案四的安全系數(shù)變化情況，在方案一中安全系數(shù)大部分是合格的，支撐部位附近的安全因數(shù)是小于 1 的，因此支撐部位是不合格的；在方案二中安全系數(shù)均是大于等于 1 的，因此是合格的；在方案三中安全系數(shù)大部分是合格的，支撐部位附近的安全因數(shù)是小于 1 的，因此支撐部位是不合格的；在方案四中安全系數(shù)均是大于等于 1 的，因此安全系數(shù)變化符合要求的。綜合比較可知方案四的Stress（-vonMises-）等量應力變化情況、合位移、位移、及安全系數(shù)的變化相對于前三個方案是最優(yōu)的，但是其 Stress（-vonMises-）等量應力變化情況任然存在不穩(wěn)定因素，因此還需要對方案四進行優(yōu)化。 方案五結果分析：再對鏟斗組件進行建模，對原始模型在支撐部位增加厚度同時對支撐邊緣添加圓角后再次進行分析，最后得出其 Stress（-vonMises-）等量應力完全達到要求，其合位移、位移、及安全系數(shù)的變化也相當合理，因此方案五是最優(yōu)的。5 結論1）用有限元分析方法變連續(xù)結構為離散結構，代替了傳統(tǒng)的理論分析方法，節(jié)省了大量的計算時間，并提高了計算的準確性、科學性和可靠性，縮短了設計周期。2）根據(jù)有限元應力分析、位移分析、合位移分析及安全系數(shù)分析對鏟斗組件進行改進設計，使鏟斗組件的應力分布更趨于合理符合作業(yè)工況的要求。6.參考文獻[1]胡軍,封俊,曾愛軍.大蔥移栽機的發(fā)展現(xiàn)狀與移栽前景[J]. 農機化研究,2002（2）:1～3.[2] 王君玲,高玉芝,李成華. 撓性圓盤式移栽機移栽裸根苗的埋苗率試驗[J]. 沈陽農業(yè)大學學報，2006(10):792～794.[3]張波屏.現(xiàn)代種植機械[M].北京：機械工業(yè)出版社,1997:1～4.[4]湯智輝,賈首星.兵團林果業(yè)機械化現(xiàn)狀與發(fā)展[J].農機化研究,2008（11）:5～8.[5]王乃康,矛也冰,趙平.現(xiàn)代園林機械[M].北京:中國林業(yè)出版社,2000:147～152.[6] 陳超祥,葉修梓.零件與裝配體教程[E].北京：機械工業(yè)出版社 ,2011:152～165.小型棗樹移栽機鏟斗組件的仿真分析摘要: 本設計的小型棗樹移栽機，用于挖掘直徑在 2-6cm 的較小樹木，挖掘土球直徑為 50cm，土球高度為 60cm。關鍵詞：小型棗樹移栽機；鏟斗組件；安全系數(shù)；仿真；等量應力變化中圖分類號： 文獻標識碼：ASmall jujube tree transplanting machines bucketassembly simulation analysisChangYinPeng(Mechanical Electrical Engineering College of Tarim University, Xinjiang Alar 843300)Abstract : The design of small jujube transplanting machine, used for mining2-6cm in diameter, smaller trees, digging soil ball diameter is 50cm, height 60cm soil ball.Keywords: Small jujube tree transplanting machines Blade assembly Bucket assembly Blade wall Hydraulic cylinderCLC: Document Code: A1.引言隨著經濟和科學技術的發(fā)展，加強科學技術的投入和技術創(chuàng)新。加大宣傳力度，提高農民的積極性。同時要使栽植的穩(wěn)定性和栽植速度大大提高，降低生產成本和勞動強度。我國在移栽機研制過程中，農機與農藝明顯脫節(jié)，需要進一步完善與育苗設施及相應的配套技術。在引進基礎上要克服不足，盡量設計出適合經濟作物的移栽機，加強自動喂苗栽植器 [1]的研究，增加檢測與傳感裝置，適時地控制栽植過程。力求達到預期的栽植效果。同時還要加強自動提苗機構的設計，應將通用移栽機 [2]與專用移栽機相結合，增強移栽機的環(huán)境適應性，提高其通用性。棗樹在栽植過程中都是沿用傳統(tǒng)的人工栽植的方法，傳統(tǒng)栽植法勞動力大、強度大，機器的機動性、適應性低，能耗高、效率較低等問題。要實現(xiàn)由傳統(tǒng)栽植技術向現(xiàn)代栽植技術的轉變。需因地制宜，大力發(fā)展棗樹栽植機械化 [3]。為了充分利用資源減少自然災害，爭取高產，機械化移栽是有效途徑。這樣可以解決人工栽植過程中的栽植勞動強度大，所需勞動力較多，產品粗大笨重，成本高、效率低，質量難以保證的問題。現(xiàn)代設計方法不僅要考慮機械靜強度，而且還要考慮機械的動態(tài)性，這樣才能提高機械設備的性能和效率。隨著移栽技術的作用日益突出，降低了農民的勞動強度、提高工作效率，機械移栽的行距、株距和深度保持一致，質量穩(wěn)定可靠，為棗樹種植的規(guī)?；岣吡饲疤幔瑸樯鷳B(tài)作業(yè)打下了良好的基礎。生態(tài)果業(yè)機械化發(fā)展已經步入新的歷史起點 [4]，生態(tài)果業(yè)機械化作為發(fā)展現(xiàn)代化農業(yè)的主要內和主要標志，適合地區(qū)生產需要的栽植機植種類較少、單一，科技含量不高，不能滿足果業(yè)生產發(fā)展的要求。人工移栽勞動強度大，需勞動力多，效率低，嚴重影響了經濟作物的發(fā)展，不能較快地推進種植果林業(yè)的發(fā)展。新型的栽植機的改造和設計提高了機具的性能和效率 [5]，并為其他的林業(yè)與木工機械動態(tài)設計開辟新的道路，使得我國的機械趕得上時代并達到世界的水平，這對于提高我國植樹造林機械化的進程有巨大的推動作用，同時對于我國林業(yè)的經濟效益和生態(tài)效益具有重大意義。也對棗果業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。2.結構原理和工作過程本實用新型涉及一種液壓小型棗樹移栽機，屬于園林機械技術領域。此小型樹木移栽機由提升架滑道、 提升架液壓缸、提升架、鏟斗組件滑道、鏟斗組件和鏟斗滑塊等部件組成 ，挖樹的動作是由各組件配合完成，鏟斗組件用來鏟斷樹木的側根并使根球與周圍土壤分離．機架剛性固定在配套拖拉機或其他動力機械上；提升架由1個提升油缸來驅動，鏟斗組件由兩鏟斗液壓缸驅動．鏟斗組件的開合由開合蓋板驅動．大致工作作流程如下：駕駛林木移栽機靠近要移栽的樹木，在快接近的時候停下，駕駛棗樹移栽機使被移栽樹木木處于鏟斗組什中間位置，合上開合蓋板，使鏟斗組件閉合包圍棗樹，鏟斗組件在鏟斗組件液壓缸作用下壓下切斷樹木的根部，打開提升油缸把所挖樹木提升上來，完成棗樹的挖掘工作。本設計結構簡單、操作簡便、機動靈活、作業(yè)效率高，適用于苗圃、林場、園林等場所的樹坑挖掘、小型樹木帶土起挖移栽、短距離樹木運輸。其總體結構示意圖如下圖所示：1 鏟斗 2 架子一側 3 六角厚螺母 4 特大墊圈 5 閉合蓋板 6 六角厚螺母 7 拉桿墊圈 8 機架滑軌 9 提升架曲柄 10 提升架液壓剛 11 機架 12 搖桿 13 拉桿 14 提升架 15 鏟斗液壓缸桶套 16 六角頭螺栓圖 1 小型棗樹移栽機總體結構示意圖棗樹移栽機的挖掘主要靠鏟斗組件，鏟斗組件的作用是在挖掘工作時切斷樹木的根部，保證挖掘的順利進行。從受力分析的角度看鏟斗組件受到的載荷也較大，而且鏟斗組件的空間位置隨時間不斷變化。所以鏟斗組件的性能直接影響棗樹移栽機的壽命和作業(yè)性能，必須合理的設計鏟斗組件的結構，提高剛度，使應力分布合理，盡量達到結構的最優(yōu)化。隨著有限元技術和通用有限元軟件的發(fā)展，利用 CAE 技術對零件的結構進行工程數(shù)值模擬，結構優(yōu)化仿真等有限元分析逐漸成為結構設計的有效工具。3.鏟斗組件有限元模型的建立3.1 鏟斗組件的受力分析鏟斗組件安裝在架子一側的滑塊外生桿上并與鏟斗液壓缸活塞桿剛性的焊接在一起，由于移栽機鏟斗液壓缸活塞桿在工作過程中啟動瞬間是勻速運動的，所以所受內力與外力是相互平衡的，可以用靜力學代替動力學分析。鏟斗組件所受的驅動力只有鏟斗組件液壓缸對它的正壓力，同時受到土壤對鏟斗頂部的作用力，土壤對鏟斗組件的腹部壓力及鏟斗組件與土壤的摩擦力，在分析時我們可以抓主忽次，可以忽略土壤的摩擦力的作用。3.2 鏟斗組件的有限元建模首先，用 solidworks2010 進行鏟斗組件的三維實體造型，然后用 Solidworks SimulationXpress[6]模塊對鏟斗組件進行網格劃分，圖 3 為劃分網格后，施加力和約束的有限元模型，在 solidworks 中對實體模型進行網絡劃分后共有 15884 個節(jié)點，7736 個單元數(shù)。圖 3 鏟斗組件網絡劃分4.鏟斗組件仿真方案與結果分析4.1 方案匯總方案一假設原始建模鏟斗組件上的每個面都受到鏟斗液壓缸的最大理論推力 20100N，土壤對鏟斗的壓強為 2 0000N/㎡方案二假設原始建模鏟斗組件上的每個面都受到均布載荷，即三個面分別收到的力均為20100/3=6700N,土壤對鏟斗的壓強為 20000N /㎡方案三對鏟斗模型進行改變，改變鏟斗模型的支撐厚度，在每個面上添加鏟斗液壓缸的最大理論推力，土壤對鏟斗的壓強為 20000N/㎡方案四在案例三的模型上對鏟斗組件上的每個面施加均布載荷，即三個面分別收到的力均為20100/3=6700N,土壤對鏟斗的壓強為 20000N /㎡方案五綜合分析案例一至案例四，對模型再次更改，對原始模型在支撐部位增加厚度同時對支撐邊緣添加圓角。4.2 結果分析方案一結果分析：針對方案一假設每個施加力的面都是施加最大理論力值可以得出如下結果： （1）Stress（-vonMises-）等量應力變化情況雖然大部分應力變化比較小，但是鏟斗組件連接點附近的等量應力變化較大，存在不穩(wěn)定因素；（2）鏟斗組件的底部的 Displacement 變化幅度太大，其中部至上不過度的安全顏色趨于零，處于危險狀態(tài)；（3）Deformation 中部位移變化較大，沒有達到理想的變形要求；（4）Factor of Safety 安全系數(shù)大部分呈現(xiàn)藍色，符合要求，但是支撐部位出現(xiàn)紅色的安全警告因此極易斷裂，因此還需要對此進行改進。 方案二結果分析：在方案一的基礎上建立方案二，假設每個施加力的面都是施加最大理論力值的平均值可以得出如下結果：（1）Stress（-vonMises-）等量應力變化情況雖然大部分應力變化比方案一要低，但是仍然存在不穩(wěn)定因素；（2）鏟斗組件的上部邊緣的 Displacement 變化幅度太大趨于紅色最大值；（3）Deformation 中部位移變化較大，沒有達到理想的變形要求；（4）Factor of Safety 安全系數(shù)全部呈現(xiàn)藍色，符合要求。因此還需要對此方案進行改進，對模型進行改進。方案三結果分析：方案三是在方案二的基礎上對鏟斗模型進行改變，改變鏟斗模型的支撐厚度，然后在每個面上施加最大理論力值可以得出如下結果：（1）Stress（-vonMises-）等量應力變化情況明顯比方案一小的多，但比方案二要稍大；（2）鏟斗組件的底部的 Displacement 變化幅度太大，其中部至上不過度的安全顏色趨于零，處于危險狀態(tài)；（3）Deformation 中部位移變化較小，近乎達到理想的變形要求；（4）Factor of Safety 安全系數(shù)大部分呈現(xiàn)藍色，符合要求，但是支撐部位出現(xiàn)紅色的安全警告因此極易斷裂所以還需要改進。方案四結果分析：在方案三的基礎上建立方案四，每個施加力的面都是施加最大理論力值的平均值可以得出如下結果： （1） Stress（-vonMises-）等量應力變化情況明顯的比前三個方案變化程度小，因此方案四的等量應力變化情況是趨于合理的；（2）鏟斗組件的上部的 Displacement 變化幅度稍有些大，其中部至上部過度的安全顏色逐漸增加，危險狀態(tài)明顯減少；（3）Deformation 中部位移變化較大，沒有達到理想的變形要求；（4）Factor of Safety 安全系數(shù)全部呈現(xiàn)藍色，符合要求。接著在分別分析方案一至方案四的和位移及位移變化情況，可以得出以下結論，在方案一中鏟斗組件頂部位移變化很大；在方案二中鏟斗組件頂部位移變化達到要求，但是側部位移存在隱患；在方案三中鏟斗組件頂部位移達到要求，但支撐處部分位移存在潛在隱患；在方案四中鏟斗組件頂部位移和側部位移均達到要求。然后再分別分析方案一至方案四的安全系數(shù)變化情況，在方案一中安全系數(shù)大部分是合格的，支撐部位附近的安全因數(shù)是小于 1 的，因此支撐部位是不合格的；在方案二中安全系數(shù)均是大于等于 1 的，因此是合格的；在方案三中安全系數(shù)大部分是合格的，支撐部位附近的安全因數(shù)是小于 1 的，因此支撐部位是不合格的；在方案四中安全系數(shù)均是大于等于 1 的，因此安全系數(shù)變化符合要求的。綜合比較可知方案四的Stress（-vonMises-）等量應力變化情況、合位移、位移、及安全系數(shù)的變化相對于前三個方案是最優(yōu)的，但是其 Stress（-vonMises-）等量應力變化情況任然存在不穩(wěn)定因素，因此還需要對方案四進行優(yōu)化。 方案五結果分析：再對鏟斗組件進行建模，對原始模型在支撐部位增加厚度同時對支撐邊緣添加圓角后再次進行分析，最后得出其 Stress（-vonMises-）等量應力完全達到要求，其合位移、位移、及安全系數(shù)的變化也相當合理，因此方案五是最優(yōu)的。5 結論1）用有限元分析方法變連續(xù)結構為離散結構，代替了傳統(tǒng)的理論分析方法，節(jié)省了大量的計算時間，并提高了計算的準確性、科學性和可靠性，縮短了設計周期。2）根據(jù)有限元應力分析、位移分析、合位移分析及安全系數(shù)分析對鏟斗組件進行改進設計，使鏟斗組件的應力分布更趨于合理符合作業(yè)工況的要求。6.參考文獻[1]胡軍,封俊,曾愛軍.大蔥移栽機的發(fā)展現(xiàn)狀與移栽前景[J]. 農機化研究,2002（2）:1～3.[2] 王君玲,高玉芝,李成華. 撓性圓盤式移栽機移栽裸根苗的埋苗率試驗[J]. 沈陽農業(yè)大學學報，2006(10):792～794.[3]張波屏.現(xiàn)代種植機械[M].北京：機械工業(yè)出版社,1997:1～4.[4]湯智輝,賈首星.兵團林果業(yè)機械化現(xiàn)狀與發(fā)展[J].農機化研究,2008（11）:5～8.[5]王乃康,矛也冰,趙平.現(xiàn)代園林機械[M].北京:中國林業(yè)出版社,2000:147～152.[6] 陳超祥,葉修梓.零件與裝配體教程[E].北京：機械工業(yè)出版社 ,2011:152～165. 畢業(yè)論文（設計）任務書學院 機械電氣化工程學院 班級學生姓名 學號課題名稱 小型果樹移栽機起止時間指導教師 職稱 講師課題內容本裝置用于棗樹果苗的移栽，體積小，行動方便。能夠完成果樹幼苗的挖掘，運送，栽培，覆土等工作。擬定工作進度（以周為單位）第 1 周—第 2 周 通過查找文獻資料，了解國內外現(xiàn)狀。第 2 周—第 5 周 設計總體方案。第 6 周—第 9 周 結構進行具體設計。第 10 周—第 12 周 撰寫設計說明書，對部分問題修改、調整。第 13 周—第 14 周 整理資料準備答辯。主要參考文獻[1]武科，陳永成.幾種典型的移栽機[J].農機化,2009:12-14.[2]熊耐新,全蠟珍.我國棉花移栽機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].湖南農機,2010(10):1-3.任務下達人（簽字）年 月 日任務接受人意見任務接受人簽名 年 月 日小型果樹移栽機一、 課題研究的目的和意義棗樹在栽植過程中都是沿用傳統(tǒng)的人工栽植的方法，傳統(tǒng)栽植法勞動力大、強度大，機器的機動性、適應性低，能耗高、效率較低等問題。要實現(xiàn)由傳統(tǒng)栽植技術向現(xiàn)代栽植技術的轉變。需因地制宜，大力發(fā)展棗樹栽植機械化。為了充分利用資源減少自然災害，爭取高產，機械化移栽是有效途徑。這樣可以解決人工栽植過程中的栽植勞動強度大，所需勞動力較多，產品粗大笨重，成本高、效率低，質量難以保證的問題。紅棗種植過程機械化程度的提高，大大降低了勞動強度，大量解放勞動生產力向二三產業(yè)轉移，有助于農村城市化、工業(yè)化，對提高農民素質和生活質量，實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化具有重要的作用。紅棗生產中的移栽是棗樹撫育機械之一，是實現(xiàn)棗業(yè)全程機械化的一個重要一環(huán)。因此移栽機研究的目的毋庸置疑。生態(tài)果業(yè)機械化發(fā)展已經步入新的歷史起點，生態(tài)果業(yè)機械化作為發(fā)展現(xiàn)代化農業(yè)的主要內和主要標志，適合地區(qū)生產需要的栽植機植種類較少、單一，科技含量不高，不能滿足果業(yè)生產發(fā)展的要求。因此在此大好的趨勢之下發(fā)展小型果樹移栽機是非常有意義的。二、現(xiàn)狀及分析1、國內研究現(xiàn)狀及分析國內對農作物的機械化育苗移栽技術的研究早在20世紀50年代未60年代初就已經開始。由于沒有突破育苗移栽機械化過程中的技術難題．使這一技術擱淺。近年來由于農業(yè)生產的發(fā)展，新技術、新工藝的出現(xiàn)，為移栽機具的發(fā)展提供了很好的發(fā)展前景，20世紀80年代以后近年來由于農業(yè)生產的發(fā)展，移栽機具發(fā)展迅速，從不到l 000臺上升到將近8 000臺。東北等大型農場多采用工廠化營養(yǎng)缽苗和機械化栽植技術，總體水平相對較高。我國長期以來，樹苗栽植一直沿用傳統(tǒng)的手工勞動方式，勞動強度大，生產效率低。由于棗樹種植面積的增加和農村勞動力的轉移，移栽技術落后、效率低已成為棗樹生產的制約因素，棗樹移栽機械化和自動化已成為農民越來越迫切的要求。與小麥、水稻、玉米生產機械化發(fā)展速度相比，棗樹移栽機械化的發(fā)展比較緩慢。這種狀況與當前加快實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化的形式要求不適應。有關資料顯示，英國、法國、美國和日本等國在自動栽植機的研制方面均取得了很大的成績。我國從在 20 世紀 60 年代開始研制移栽機，初期主要用來移栽玉米和棉花等作物，我國在這方面的研究起步晚，技術進步緩慢，目前整體技術水平還較低。植樹造林方面的機械也是很少，我國于 1953 年開始引進移栽植樹機，在東北地區(qū)西部營造防護林。1960 年開始設計和制造拖拉機牽引式半自動投苗植樹機。為了適應沙區(qū)防風固沙植樹造林的要求，國家不斷投資科研經費來研制植樹機，2001 年研制成功的深栽造林鉆孔機在我國西部、特別在干旱和半干旱地區(qū)造林具有廣闊和特殊的應用前景。2001 年填補我國機械化造林空白的新型液壓植樹機（JYZ-80）在內蒙古達拉特旗白土梁林場研制成功并投入批量生產。這種植樹機由履帶式拖拉機牽引，采用液壓系統(tǒng)調節(jié)耕深，開溝深度隨意調節(jié)，最大開溝深度為 80cm，主要適用于沙區(qū)、荒漠地區(qū)栽植帶根苗、扦插苗、沙柳等。我國的移栽技術剛剛處于起步試驗階段，目前仍以人工移栽為主。人工移栽難以實現(xiàn)大規(guī)模種栽植，從而導致生產規(guī)模小，生產效益低，不利于移栽技術的推廣。從長遠來看，機械化移栽可以實現(xiàn)育苗移栽一體化?，F(xiàn)階段我國移栽技術發(fā)展極不平衡。我國針對不同的果樹及其它作物分別研制了相應的栽植機，由于栽植作業(yè)質量與農藝要求還有一定差距，未能大面積推廣。隨著林果業(yè)種植面積和生產規(guī)模的擴大，在有人工作業(yè)方式使用，已不能滿足林果產業(yè)化的步伐。我國在引進國外技術的基礎上開發(fā)自己的產品，以緩解勞動力緊張和提高生產效率。在我國，棗樹的栽植具有季節(jié)性和區(qū)域性特點，機具作業(yè)時間短，單一性能機具的年使用率降低，因此在今后的設計中，應盡量考慮一機多用的問題。具體要改進的措施：一是研制適用不同的土壤條件和工作條件的機具，二是設計通用機架，在更換其他工作部件后即可完成其他果樹林作業(yè)項目，提高其使用率。三是要考慮人—機的工程學原理，要讓人舒服，健康的工作，提高安全性能?，F(xiàn)在我們國家的技術還不夠成熟，好多還是借鑒他國的，單一的機械不能通用到其他地區(qū)的工作，有待機械多樣化，不僅能夠適用種植棗樹苗還要適用其他的樹種，更要發(fā)展到植樹造林的機械上一樣可以通用。種種的原因、地理位置及技術條件證明我們加大力度發(fā)展機械化勢在必行。2、國外研究現(xiàn)狀及分析世界上移栽技術發(fā)展較早的發(fā)達國家和地區(qū)主要是歐美和日本等國，該技術在早期主要應用于蔬菜和經濟作物的移栽，隨后逐步用于玉米等糧食作物的移栽。早在上世紀20 年代初期就開展了缽苗移栽的生產工藝研究，研制出結構簡單的秧苗移栽機具，在一定程度上減輕了人工移栽勞動強度；到上世紀30 年代出現(xiàn)手工喂苗的移栽機械，移栽技術得到實質性發(fā)展，使秧苗送入溝中這一過程實現(xiàn)機械化。上世紀50 年代開始，歐洲國家研制出不同結構形式的半自動移栽機和制缽機；到了上世紀70 年代和80 年代，半自動移栽機在歐美、前蘇聯(lián)等農業(yè)較發(fā)達的國家和地區(qū)得到廣泛應用，使制缽、育苗、移栽技術有機結合。目前，國外的移栽技術已基本成熟，栽植后的農作物達到農藝要求，工作可靠性也較高。歐美一些農業(yè)較發(fā)達的國家，如法國、德國、荷蘭、美國等國家，大部分的蔬菜生產和幾乎全部的大地花卉生產都采用育苗移栽種植模式和生產工藝。日本在20 世紀80 年代，90％的甜菜已實現(xiàn)移栽種植，移栽機自動化程度較高。從移栽機的工作過程看，這些農業(yè)機械水平較高的國家多采用缽體苗半自動移栽機械，作業(yè)過程中采用人工喂苗，并根據(jù)作業(yè)對象的不同通過更換或調節(jié)栽植器來實現(xiàn)機械移栽，擴大機械移栽的作業(yè)范圍，提高其通用性。三、任務要求及預期目標的可行性分析任務要求樹苗移栽的工藝過程主要包括開溝、送苗入溝、植苗和覆土壓實等工序。為了提高樹苗栽植后的成活率，樹苗移栽應具有以下要求：①栽植樹苗根系的栽植深度應一致，并保持直散狀態(tài)，避免前后左右彎曲。②栽植樹苗的株距應均勻一致，地上莖稈應保持直立狀態(tài)，前后傾斜不超過 45°。③栽植時開溝的深度、覆土質量及壓實程度應滿足農藝要求。④移栽機各部機構在栽植過程中不應損傷苗木。栽植作業(yè)過程中，由于地形，土壤條件以及樹苗本身的差異性，樹苗的運動存在隨機誤差，影響栽植作用質量。任務重點對送苗、開溝、覆土、打埂、鎮(zhèn)壓，及栽植過程中影響株距和秧苗直立狀態(tài)的主要因素進行研究分析，重點應該在設計的送苗、開溝、覆土、打埂、鎮(zhèn)壓裝置機構的設計上，對影響因素分析不應該是主要的目的吧？。預期目標的可行性分析我國的移栽機的發(fā)展特點是起步晚、發(fā)展比較慢；在研制過程中農機和農藝難以有效結合；移栽機功能比較單一、通用性較差；沒有形成標準化、系列化、規(guī)格化；缺乏完善、科學的對移栽機標準和評價的方法；移栽成本依舊較高；作業(yè)穩(wěn)定性、可靠性等性能距發(fā)達農業(yè)國家還有一定差距?？v觀國內外移栽機的發(fā)展和應用情況，加上對各種不同類型移栽機的對比，總結未來移栽機的發(fā)展方向和趨勢：（1）栽植質量更加優(yōu)良。設計出的移栽機能夠具有更好的工作質量、滿足農藝要求、理想的栽植深度、直立度、較低的漏苗率和傷苗率等。（2）栽植速度進一步提高。目前市場上的移栽機多數(shù)為半自動化機具，栽植速度受人工限制，勞動強度仍然較大，移栽機在解決好此類問題的同時能更好的適應現(xiàn)代化農業(yè)的要求。（3）功能更加完善，機型更加齊全。目前多數(shù)移栽機僅具有單一的移栽功能，未來將集鋪膜、施肥、除草、鋪膜等多種功能于一體，并形成多機型、多系列的標準化產品。在移栽機的通用性方面也將進一步提高，通過局部的更換調整便能方便地實現(xiàn)不同作物及同一作物不同移栽苗的移栽，具有明顯的一機多用功能。（4）機具的質量更加可靠。隨著設計手段和加工制造技術的不斷提高，移栽機的零部件及裝配將更加合理，降低機具的損壞率和返修率，保證移栽機的連續(xù)作業(yè)能力。（5）設計的移栽機將更加合理。隨著人性化設計水平的不斷提高，在對移栽機進行設計過程中將更加注重移栽工作人員的作業(yè)姿勢和勞動強度，將人工作業(yè)勞動強度將至最低。（6）農機與農藝結合的更加合理。農藝將更適應于農機，農機將更好地為農藝服務，實現(xiàn)農機與農藝的緊密結合。綜上所述我認為小型果樹移栽機的要達到的預期任務要求（①栽植樹苗根系的栽植深度應一致，并保持直散狀態(tài)，避免前后左右彎曲。②栽植樹苗的株距應均勻一致，地上莖稈應保持直立狀態(tài)，前后傾斜不超過 45°。③栽植時開溝的深度、覆土質量及壓實程度應滿足農藝要求。④移栽機各部機構在栽植過程中不應損傷苗木）及實現(xiàn)對送苗、開溝、覆土、打埂、鎮(zhèn)壓應該是切實可行的。其實現(xiàn)過程應該是一個綜合的過程，它應該有開溝裝置，覆土裝置，動力裝置以及實現(xiàn)其功能的其他裝置。四、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路本課題重點研究棗樹果苗的挖掘，移栽，運送，栽培，其關鍵的問題就是移栽機構的設計及其他輔助機構的設計。具體的解決的思路如下：查找相關資料進行方案的確定，進行機構的構想和可行性分析，最后做出總體設計。五、工作條件及解決方法（1）萬方數(shù)據(jù)庫和圖書館查閱相關資料，了解紅棗移栽機機及移栽機行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。（2）從了解的信息中確定設計方案。（3）查閱相關資料，了解移栽機構，以確定方案中所需的移栽機構。(4) 遇到關鍵性的問題向老師請教（4）畫出裝配圖。利用 AutoCAD 軟件繪制二維裝配圖和零件圖。（5）參考資料中的計算方法及公式等進行計算校核。六、完成本課題的工作方案及進度計劃擬定工作進度第 1 周—第 2 周 通過查找文獻資料，了解國內外現(xiàn)狀。第 2 周—第 5 周 設計總體方案。第 6 周—第 9 周 結構進行具體設計。第 10 周—第 12 周 撰寫設計說明書，對部分問題修改、調整。第 13 周—第 14 周 整理資料準備答辯。七、主要參考文獻[1]湯智輝，賈首星.兵團林果業(yè)機械化現(xiàn)狀與發(fā)展[J].農機化研究，2008（11）：5—8.[2]劉磊，陳永成.兵團移栽技術的應用與發(fā)展概況[J].農機化研究，2008（9）:240—241.[3]金誠謙.鏈夾式移栽機栽植作業(yè)質量影響因素分析[N].農業(yè)機械學報，2008（8）：196—198.[4]宋代平.生態(tài)植樹機動態(tài)性能的理論研究.東北林業(yè)大學碩士論文[C].2004（9）：1—105.[5]于建國，屈錦衛(wèi).國內外挖坑機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農機化，2007 (1)：56—57.[6] 何新川，差心玲，邵艷英.多功能果樹開溝、打埂、破埂機[J].農機化，2007﹙1﹚：54.[7] 李志鑫，陳風，王維新. 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