1、前言
随着我国城镇化进程的不断加快，保证城市生态环境成为当今社会不可推卸的责任，而城市绿化又是城市生态环境建设的主要任务，针对城市环境的局限性，树木移栽成为了短时间内加速城市绿化水平的重要途径。当前，利用大树移植机实施城市绿化，是保证城市的生态，加速城市乡镇绿化建设最有利的工具。挖铲是大树移植机的重要工作部件，挖铲在含有碎石、树根、杂草以及其根茎的土壤中作业，所受的工作阻力较大，对挖铲的刚度和抗磨损能力要求很高。采用传统的方法一般可计算出挖铲结构的受力情况，对于挖铲的应力分布及变形仍然不明确。因此，需要采用有限元软件对挖铲结构进行静力学分析来解决挖铲在工作过程中应力分布及变形情况。
2、研究现状
国内外树木移栽机械的发展现状：树木移植机于 20 世纪 70 年代问世，最初在美国、日本、荷兰等国家发展比较迅速，开始是由城市园林部门使用，后来逐渐推广到果园、苗圃、林场等。我国也在 20 世纪 70 年代开始对树木移植机进行研究。国内外的树木移植机可分为很多种类，按照挖铲的形状可分为直铲式和曲面铲式；按照挖铲布局可分为外铲式和内铲式，两者各有优缺点；按照挖铲的数量可分为两铲式、三铲式、四铲式和六铲式；按照配套动力的连接方式可分为车载式树木移植机，汽车拖车、轮式或履带式装载机牵引的树木移植机，拖拉机后悬挂及侧悬挂的树木移植机，还有多杆机械臂式液压驱动树木移植机。
国外对树木挖掘和移植的研究始于 20 世纪 50 年代，现有产品种类很多，主要以美国 Big-John公司、英国Damcon 公 司、加 拿 大 DUTCHMAN 公 司、美 国PRICHARD#39;S NURSERY EQUIPMENT 有限公司的产品为主。但这些公司的产品主要针对较大胸径树木的移植，体积庞大，对移植空间要求较高，不能很好地适应环境，所以在 20 世纪 70 年代，美国、荷兰、日本等国家在提高树木移植机适应性方面进行了改进，使树木移植机在相对较小的空间得以使用。
我国对树木移植机的研究时间不长， 主要是在引进国外设备的基础上进行技术改进和仿制， 无法满足市场需求。 如江苏省丰县果蔬特种机械研制厂生产的4YS-600 型树木移栽机，铲刀组件结构复杂且受力较大，铲刀臂容易出现局部断裂整个装置的工作稳定性存在一定问题。目前，国外的树木移植技术已经相对比较成熟，但是其机械设备价格比较昂贵。
（1）挖铲形状
东北林业大学的赵德金、李志鹏和延边大学的郭艳玲在《挖树铲的结构设计与有限元分析》一文中，使用 PTC Creo 软件对挖树机的两种挖树直铲（按形状可分为 V字形铲和曲面铲）的模型进行结构设计并且通过 ansys Workbench 软件对挖树机的两种直铲模型进行网格划分和有限元静力学分析，分析比较了两种挖树直铲受到土壤阻力的应力分布以及受力变形情况，并得到了一系列的结论：挖树铲的应力和最大应力主要分布在施加驱动载荷的销轴孔附近，曲面挖树铲性能要优于 V 字形铲，但是V字型铲的结构简单，容易制造。从总体上来看，曲面铲的保留树根量和承载能力上看都优于V字形铲。本文为挖树机直铲的设计参数提供理论的依据。
东北林业大学的孟兆新、王亮亮、范恒博在《基于有限元的树木移植机铲刀挖掘力分析》中，主要研究了挖树直铲中的曲面铲，对铲刀受力情况进行理论分析，建立相关的力学模型; 基于 ANSYS/LS － DYNA 建立曲面铲与土壤相互作用的虚拟仿真模型，分析切削过程中土壤的应力变化情况及铲刀受力变化情况; 分析不同切削角度下铲刀受土壤反作用力的变化情况，结合 UG、ANSYS/LS － DYNA 软件，完成了铲刀切削土壤的三维模型及有限元建模，并在 AN-SYS/LS － DYNA 中定义了带失效的土壤材料，构建了铲刀与土壤相互作用的虚拟仿真模型。利用该模型模拟分析了铲刀切削土壤的动态过程，通过 LS － PＲEPOST 后处理器，得到了土壤被切削过程中的应力变化情况，以及铲刀受到土壤反作用力随时间的变化情况，并对不同铲刀切削角度受反作用力进行对比，为初步确定铲刀的结构参数及进一步优化提供了理论依据。
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