第三届全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组预赛项目“全自动植树机”设计说明书设计者冯建国、江黄、马具锋、臧俊、邸铁彪设计单位合肥学院设计部门机械工程系指导教师王勇时间2007年9月安徽·合肥目录一、设计背景二、作品功能及指标三、机构设计四、运动和动力分析五、控制设计六、作品创新点七、应用前景八、总结与感谢九、主要参考文献附录：实物照片一、设计背景地球是人类唯一的家园，随着工业化不断发展，环境问题日益严重，沙漠化、水土流失、沙尘暴已经越来越严重地影响到人类的生存和发展，解决这些问题已到了刻不容缓的地步。人类无节制地砍伐森林是产生这些环境问题的主要原因。森林作为“地球之肺”，是地球气候变化的指挥棒，它不仅能够提供大量木材，还具有涵养水源、保持水土、防风固沙、保护农田、净化大气、防治污染等生态效益。所以植树造林是保护环境的一大重要举措。目前正在实施的“三北防护林”工程被称为“绿色万里长城，它地跨东北西部、华北北部和西北大部分地区，东西长４４８０公里，南北宽５６０~１４６０公里，总面积４０６．９万平方工公里，占国土面积的４２．２％，接近我国的半壁江山。由于这些情况，我国迫切需要快速、高效的植树方法及装备。图1-1沙漠化和荒漠化现象的危害机器植树作为一种新型的植树方法，它比传统的人工植树具有两大优点，一是效率高，二是树苗成活率也高。植树机设计思路是：机器代替人自动完成植树过程。现有的植树装置自动化程度偏低，操作时需要有多人辅助作业，而且体积庞大、功能单一，不适合种植多种苗木，这些不足限制了植树机的推广应用。针对上述情况，我们提出一种新的方案：设计一种自动植树机，在无人控制的情况下，完成植树过程。植树机可由普通轻型卡车改装而成，可种植多种树苗，大幅降低植树成本。具有高效率、低成本、适用范围广的特点。二、作品的功能及指标作品自动完成植树的各个过程动作，包括植树机（车）自动行走、钻坑、移苗、送苗、覆土、镇土等功能。机器能够自主运行，实现连续作业，完成成片树林植树，并能按照要求的几何排列形状植树。作品能同时种植多种树苗，适用于种植中、小苗木，如果简单地加以改造，也可用于缓坡植树。预计每小时植树可达90—120棵。植树速度约为：用材林每公顷50~75小时，经济林、果林每公顷25~50小时，灌木林每公顷250~500小时。三、机构设计植树机主要动作的执行顺序依次为：小车（钻头）到达预定位置钻坑；前行一段距离（根据我们作品的尺寸为21cm）；机械手转至车箱抓取树苗，同时同步传送带将树苗移动到指定位置，在取苗之后，同步传送带再前移一个微小距离为下次动作作好准备；机械手将树苗送到树坑位置，放入树坑并抓稳扶直；覆土机构的覆土构件移至地面，完成覆土动作；镇土机构的气缸完成360度的压土动作，然后覆土构件抬起；植树机按以上过程循环工作。（1）钻坑机构的设计现有植树机一般采用开沟方式，这种方法挖沟效率虽然很高，但沟的深度较浅，不适合种植需要深栽的苗木。此外，使用犁式开沟器不仅严重破坏地表植被，还会丧失大量表层土壤水分。为此，设计时采用特制的钻头钻出树坑，也可根据需要更换钻头，以得到不同直径以及深度的树坑。（整个机构如图3-2所示），工作原理是电机固定在丝杠上，电机转动带动丝杠旋转并作上下运动，丝杠下端安装钻头完成钻坑操作。图3-1全自动植树机运动循环图（2）覆土机构的设计采用两个相同的机构对称布置，分层覆土。在工作行程段，覆土构件接触地面，执行覆土操作。完成后，快速回到起始位置。起始位置距地面一定高度。起初我们采用连杆机构，通过拉簧控制它的回程，但测试发现弹簧力过大，工作时难以克服拉簧产生的阻力。最终选择曲柄滑块机构，机构具有急回特性，通过增加一个限位开关，运动精确到位，覆土均匀，效果很好（机构如图3-3所示）。为避免自锁现象，需对机构尺寸进行合理设计。工作原理是：电机正转，带动齿轮3转动，齿轮3具有曲柄的作用，它带动连杆作平面运动，联结在连杆端部的滑块接触到地面，开始工作行程，完成覆土功能。然后电机反转，执行快速回程。通过开关传感器，控制机构准确回到起始位...
