小型挖坑機的設(shè)計論文.pdf

南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 頁南 京林 業(yè)大 學(xué)本 科畢 業(yè)設(shè) 計（ 論文 ）題 目 ： 小型挖坑機的設(shè)計學(xué) 院 ： 南方學(xué)院專 業(yè) ： 機械設(shè)計制造及其自動化學(xué) 號 ： N0 9 0 3 0 1 1 2 2學(xué) 生 姓 名 ： 徐蘇寧指 導(dǎo) 教 師 ： 周鳳芳職 稱 ： 講師二 O一 三 年 六 月 一 日南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 2 頁目錄目錄目錄目錄1引 言 .52方 案對 比與 結(jié)構(gòu) .52.1國 內(nèi)外 研究 現(xiàn)狀 .52.挖 坑機 的構(gòu) 造 .72.1挖 坑機 的工 作條 件 .72.2挖 坑機 的分 類 .72.3挖 坑機 的鉆 頭 .83手 提式 挖坑 機的 設(shè)計 .93.1手 提式 挖坑 機的 工作 原理 .93.2動 力選 擇 .13.螺 旋鉆 頭的 設(shè)計 和計 算 .123.1螺 旋工 作面 的設(shè) 計 .123.2刀 片的 設(shè)計 .123.3鉆 尖的 設(shè)計 .133.4離 合器 的設(shè) 計 .143.5減 速器 的設(shè) 計 .24發(fā) 展趨 勢 .324.1一 機多 能 .324.2人 機和 諧 .324.3應(yīng) 用范 圍 .32參 考文 獻 .3南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 3 頁摘 要本 文介 紹了 手提 式挖 坑機 的相 關(guān)背 景、 國內(nèi) 外研 究現(xiàn) 狀、 挖坑 機的 設(shè)計 要求 及其 類型 、工 作原理 、技 術(shù)性 能。 通過 對原 始數(shù) 據(jù)的 分析 比較 、方 案的 論證 以及 綜合 考慮 ，完 成了 手提 式挖 坑機 的總 體設(shè) 計。 在此 基礎(chǔ) 上對 手提 式挖 坑機 從結(jié) 構(gòu)原 理、 動力 選擇 、 離合 器的 設(shè)計 、螺 旋鉆 頭的 設(shè)計 、減 速器設(shè) 計進 行闡 述 。 擺 線針 輪行 星減 速器 作為 重要 的機 械傳 動部 件具 有體 積小 、重 量輕 、傳 動效 率高 的特點 。本 設(shè)計 在全 面考 慮多 齒嚙 合、 運轉(zhuǎn) 平穩(wěn) 、輪 齒均 載等 運動 學(xué)和 動力 學(xué)的 要求 ，實 現(xiàn)高 承載 能力 、高 傳遞 效率 、高 可靠 性和 優(yōu)良 動力 學(xué)性 能等 指標 ，而 且要 便于 制造 、裝 配和 檢修 ，設(shè) 計了 該具 有合 理結(jié) 構(gòu)的 擺線 針輪 行星 減速 器。 本 設(shè)計 建立 了合 理的 動力 分析 數(shù)學(xué) 模型 ，對 擺線 針輪 傳動 中的 擺線 輪、 轉(zhuǎn)臂 軸承 、柱 銷及 軸進 行準 確的 受力 分析 ，并 其求 解。 計算 并校 核主 要件 的強 度及 轉(zhuǎn)臂 軸承 、各 支承 軸承 的壽 命， 分析 結(jié)果 可以 看到 ，各 軸承 性能 指標 均符 合要 求。 利 用 AutoCAD軟 件對 擺線 針輪 減速 器各 零件 建立 幾何 三維 模型 、擺 線針 輪減 速器 虛擬 裝配 及工 程圖 生成 。用 本文 的方 法設(shè) 計擺 線針 輪減 速器 ，具 有設(shè) 計快 捷、 方便 等特 點。 研究 結(jié)果 對提 高設(shè) 計的 速度 、質(zhì) 量具 有重 要意 義。南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 4 頁Abstract：Thisarticleintroducestheportabledigerincludingtherelvantbackground， overseasandomesticresarchstaus， thedesignrequiremntsandthetypeofthediger， operatingprinciple， technicalcharcteristic。 Byanlysingandcomparingthetheorignaldat， Thecyloid geareducerisoneofthemostimportantransmisioncomponetsofthepumpingunitbyitsmalervolume， lighterweightandefectivetransmision.Inordertorealizefourtargetswhichincludehightransmisioneficency,highreliabiltyandtheexcelentdynamicsperformanceandguarntecrediblelubricateabilty,recivehigheficencyoftransmision,andmakeiteasyformanufacture,asemblyandinspection,wethoughtoveraltherequestintheroundandesigntherationalstructurecyloid geareducer.Inthisdesign， webuilthexactforceanlysimathematicalmodelofthecyloid geareducer,anlyzedtheforcesbornbythecyloid-gear,thebearingsandtheshaft,andproducetheMatlablanguagesoftwareanlyzeoftheforcesanlysi.Weanlyzedtheforcesofpartsinthecyloid geareducerandcalculatedtheintensityandthelifeofparts.Fromanlyzedtheresults,wefoundthepartsareourequest.Whenwestablishthethre dimensionalstructureofthePlanet cyloidReducermodelwiththesoftwareUG， Caryonvisualdesignandvirtualasembleandrawingpaer TheresultofstudyhavetheguidemeanigtoacelratedesignspedandquantiesofthePlanet cyloidReducer南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 5 頁1.引 言： 我 國 的 森 林 資 源 不 足 ， 森 林 覆 蓋 率 很 低 。 從 國 家 林 業(yè) 局 公 布 的 第 六 次 全 國 森 林 資 源 調(diào) 查結(jié) 果 來 看 ， 目 前 我 國 森 林 資 源 現(xiàn) 狀 是 ： 林 業(yè) 用 地 面 活 立 木 總 蓄 積 量 為 124.9億 m； 森 林 蓄積 量 為 12.7億 m； 除 臺 灣 省 外 ， 全 國 人 工 林 面 積 為 466.7萬 m3； 人 工 林 蓄 積 為 10.1億 m3。 從 以 上 調(diào) 查 數(shù) 字 可 以 看 出 ， 全 國 森 林 覆 蓋 率 為 16.5%， 僅 相 當(dāng) 于 世 界 森 林 覆 蓋 率(27%)的 61.3%； 我 國 人 均 森 林 面 積 和 人 均 森 林 蓄 積 分 別 相 當(dāng) 于 世 界 人 均 水 平 的 1/5和1/8， 遠 遠 低 于 世 界 平 均 水 平 。 我 國 在 “ 十 二 五 ” 規(guī) 劃 中 ， 把 生 態(tài) 環(huán) 境 建 設(shè) 擺 到 了 突 出 的 戰(zhàn)略 位 置 。 我 國 三 北 及 長 江 流 域 防 護 林 體 系 建 設(shè) 工 程 、 退 耕 還 林 工 程 、 積 為 26329.5萬 hm2；森 林 面 積 為 15894.1萬 m2； 速 生 豐 產(chǎn) 用 材 林 基 地 建 設(shè) 工 程 等 六 大 林 業(yè) 重 點 工 程 的 制 定 和 實施 ，體 現(xiàn)了 黨中 央、 國務(wù) 院對 我國 生態(tài) 環(huán)境 建設(shè) 的高 度重 視， 受到 社 會各 界廣 泛關(guān) 注， 農(nóng)民群 眾 普 遍 歡 迎 。 近 年 來 ， 人 們 越 來 越 重 視 身 邊 的 生 態(tài) 環(huán) 境 ， “ 植 樹 造 林 ， 保 護 環(huán) 境 ” 已 成 為全 民參 與的 一項 大型 義務(wù) 活動 。然 而， 人工 造林 效率 低、 速度 慢且 勞 動強 度大 ，而 機械 化造林 則是 大勢 所趨 ，不 僅可 以提 高勞 動效 率、 減輕 勞動 強度 ，還 能保 證 造林 質(zhì)量 、降 低生 產(chǎn)成本 、 提 高 經(jīng) 濟 效 益 。 挖 坑 機 是 一 種 重 要 的 植 樹 造 林 整 地 機 械 ， 它 廣 泛 應(yīng) 用 于 果 樹 摘 植 、 橡 膠定 植 、 小 樹 移 栽 、 挖 道 施 肥 、 埋 設(shè) 樁 柱 和 炸 藥 等 作 業(yè) ， 具 有 挖 坑 質(zhì) 量 好 、 作 業(yè) 效 率 高 等 優(yōu)點 ，一 般可 比人 工挖 坑提 高效 率 30倍 左右 ，而 成本 只有 人工 挖坑 的十 分之 一左 右。 使用 挖坑機 可 以 提 高 造 林 質(zhì) 量 ， 這 對 于 解 決 當(dāng) 前 造 林 中 成 活 率 低 、 保 存 率 低 和 幼 林 生 長 量 低 的 難 題 ，提 高造 林的 經(jīng)濟 效益 等有 重要 意義 。2方 案對 比與 結(jié)構(gòu)2.1國 內(nèi) 外 研 究現(xiàn) 狀2.1國 內(nèi)研 究現(xiàn) 狀在 國 內(nèi) 懸 掛 式 挖 坑 機 的 生 產(chǎn) 和 應(yīng) 用 較 為 廣 泛 。 內(nèi) 蒙 古 赤 峰 田 豐 農(nóng) 林 機 械 廠 、 山 東 大 豐 機械 有 限 公 司 、 哈 爾 濱 林 業(yè) 福 馬 機 電 設(shè) 備 公 司 及 寧 夏 自 治 區(qū) 農(nóng) 業(yè) 機 械 研 究 所 等 余 家 單 位 進行 了 研 究 制 造 和 銷 售 。 該 類 挖 坑 機 通 常 具 有 較 大 的 功 率 ， 機 動 性 較 強 ， 能 挖 較 大 和 較 深 的南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 6 頁坑 ，大 多應(yīng) 用于 大面 積植 樹造 林， 應(yīng)用 圍也 比較 廣 ） 內(nèi) 蒙 赤 峰 田 豐 農(nóng) 林 機 械 廠 生 產(chǎn) 的 3WH-60型 懸 掛 式 挖 坑 機 結(jié) 構(gòu) 合 理 ， 使 用 方 便 靈活 ， 易 于 操 作 ， 每 小 時 可 挖 80-150個 坑 ， 其 可 與 多 種 型 號 36.8KW以 上 拖 拉 機 配 合 使 用 ， 用于 大 面 積 植 樹 造 林 及 工 業(yè) 挖 坑 ， 挖 坑 直 徑 250-60m， 深 度 0-120m， 適 用 于 平 原 丘 陵 及 沙地 作業(yè) 。 ） 山 東 大 豐 機 械 廠 生 產(chǎn) 的 大 豐 王 系 列 挖 坑 機 WKJ-60/70， ,可 與 18.4-36.8KW的 多 種拖 拉 機 配 合 使 用 挖 坑 直 徑 40-80m， 可 根 據(jù) 用 戶 要 求 特 別 制 作 深 度 650-80m， 轉(zhuǎn) 速248r/min， 每小 時可 挖 60個 坑。 ） 哈 爾 濱 林 業(yè) 福 馬 機 電 設(shè) 備 公 司 生 產(chǎn) 的 懸 掛 式 挖 坑 機 ， 可 與 鐵 牛 40.4KW或 18.4KW以 上 的 具 有 動 力 輸 出 和 懸 掛 裝 置 的 拖 拉 機 配 套 ， 挖 坑 直 徑 為 250-60m， 挖 坑 深 度 為 0-80m， 挖坑 效率 為 120坑 /h。 ） 手 提 式 挖 坑 機 在 我 國 剛 剛 嶄 露 頭 角 ， 適 用 于 家 庭 或 地 形 復(fù) 雜 地 區(qū) 的 小 面 積 植 樹 造林 ， 也 可 用 于 打 樁 和 樹 木 追 肥 挖 坑 ， 如 哈 爾 濱 林 業(yè) 福 馬 機 電 設(shè) 備 公 司 生 產(chǎn) 的 3WS-2.8型 手 提式 挖 坑 機 ， 采 用 051A-1型 發(fā) 動 機 最 大 功 率 為 2.8KW轉(zhuǎn) 速 為 280-320r/min， 挖 坑 尺 寸 坑 徑 深度 為 320m-50m， 質(zhì) 量 為 17.6kg， 該 機 主 要 應(yīng) 用 于 地 形 復(fù) 雜 的 山 地 丘 陵 區(qū) 和 溝 壑 區(qū) 在 坡度 35以 下的 荒山 荒地 ,、 次生 林地 以及 黃土 高原 的溝 坡進 行挖 坑或 整地 。國 內(nèi) 的 一 些 林 業(yè) 高 等 院 校 和 科 研 院 所 也 對 挖 坑 機 進 行 了 一 些 研 究 分 析 。 關(guān) 于 挖 坑 機 的 論 文 大約 有 幾 十 篇 ， 涉 及 鉆 頭 升 土 理 論 及 鉆 頭 臨 界 轉(zhuǎn) 速 的 研 究 、 鉆 頭 螺 旋 面 強 度 的 分 析 以 及 螺 旋 升角 的 選 擇 問 題 ， 還 得 出 了 在 不 同 條 件 下 的 挖 坑 機 的 動 態(tài) 力 學(xué) 參 數(shù) ， 指 出 了 鉆 頭 轉(zhuǎn) 矩 的 主 要 影響 因 素 ， 對 挖 坑 機 的 一 些 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 的 確 定 起 到 了 指 導(dǎo) 作 用 ， 為 國 內(nèi) 挖 坑 機 的 優(yōu) 化 設(shè) 計 提 供 理了 論支 持。2.2國 外研 究現(xiàn) 狀相 比 之 下 國 外 的 研 究 狀 況 要 好 一 些 ， 由 日 本 生 產(chǎn) 的 自 走 式 高 性 能 挖 坑 整 地 機 采 用 柴 油 機作 動 力 ， 行 走 腳 與 輪 胎 組 合 ， 行 走 裝 置 為 全 液 壓 式 ， 平 時 用 輪 胎 行 駛 ， 坡 地 靠 行 走 腳 行 走 ，適 用于 坡度 高達 56的 陡坡 林地 作業(yè) 。作 業(yè)時 只 腳可 上下 左右 移動 ，并 能保 證包 括駕 駛室 在內(nèi) 的 機 器 上 半 部 始 終 呈 水 平 狀 態(tài) 。 該 機 的 液 壓 臂 端 部 可 安 裝 液 壓 式 割 灌 機 或 挖 坑 機 ， 每 天 可南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 7 頁挖 植 樹 坑 30-40個 。 實 現(xiàn) 了 一 機 多 用 。 日 本 生 產(chǎn) 的 A-7型 手 提 式 挖 坑 機 質(zhì) 量 僅 為 7.0kg，采 用 H35D發(fā) 動 機 .A8D型 挖 坑 機 可 挖 坑 徑 范 圍 為 20-20m。 德 國 生 產(chǎn) BT120C型 挖 坑 機 如 圖 所 示 發(fā) 動 機 功 率 1.3KW， 質(zhì) 量 8.2kg， 鉆 頭 轉(zhuǎn) 速 190r/min， 發(fā) 動 機 轉(zhuǎn) 矩 1.7Nm， 鉆 頭 的 轉(zhuǎn) 矩79.0Nm。 英國 生產(chǎn) 的 05H830型 懸掛 式挖 坑機 和美 國生 產(chǎn)的 懸掛 式三 鉆頭 挖坑 機， 鉆頭 之間的 距 離 是 可 調(diào) 節(jié) 的 ， 即 行 距 可 調(diào) ， 適 用 于 平 原 地 區(qū) 的 大 面 積 植 樹 造 林 ， 工 作 效 率 很 高 。 美 國和 加 拿 大 生 產(chǎn) 的 手 提 式 挖 坑 機 ， 發(fā) 動 機 與 鉆 頭 采 用 分 離 式 ， 通 過 液 壓 傳 動 ， 驅(qū) 動 鉆 頭 工 作 。美 國 生 產(chǎn) 的 HYD-TB1H型 液 壓 挖 坑 機 ,質(zhì) 量 為 170kg， 最 大 流 量 為 2.7L/min， 最 大 轉(zhuǎn) 速 為14r/min， 鉆 頭 最 大 扭 矩 349Nm。 美 國 生 產(chǎn) 的 MDL-5B型 挖 坑 機 ,發(fā) 動 機 采 用 動 力 為 4.1KW的BSIntecProOHV的 挖 坑 機 在 工 作 時 發(fā) 動 機 離 操 作 者 有 較 遠 的 距 離 ,大 大 減 少 了 噪 音 對 操 作者 的影 響 ,充 分考 慮了 人 機工 程學(xué) 原理 ,有 的手 提式 挖坑 機安 裝了 個 支點 即輪 子 ,使 挖坑 機的 攜帶 比較 方便 ,工 作時 還可 以把 挖坑 機的 反向 轉(zhuǎn)矩 釋放 給輪 體 ,減 小操 作者 手上 的反 向力 矩 ,增 加其 安全 性并 減輕 了操 作者 的疲 勞程 度。2.挖 坑機 的構(gòu) 造2.1挖 坑機 的工 作條 件挖 坑 機 的 主 要 作 業(yè) 地 點 是 荒 山 坡 地 、 沙 荒 沙 丘 、 采 伐 跡 地 、 林 間 空 地 、 草 場 、 沼 澤 地 、橡 膠 、 果 園 和 城 市 街 道 等 。 這 些 地 方 的 土 壤 組 成 、 土 層 厚 度 、 土 壤 的 物 理 機 械 性 質(zhì) 等 都 存 在著 較 大 的 差 異 ， 因 此 要 求 工 作 部 件 堅 固 耐 磨 ， 通 過 性 能 要 好 ， 同 時 由 于 挖 坑 機 的 作 業(yè) 受 立 地條 件和 作業(yè) 技術(shù) 的影 響， 使挖 坑機 的工 作速 度受 到一 定的 限制 ，即 不宜 過大 。2.2挖 坑機 的分 類挖 坑機 的種 類很 多， 一般 按配 套動 力和 掛結(jié) 方式 、傳 動方 式、 鉆頭 安裝 位置 進行 分類 。2.2.1按 配套 動力 和掛 結(jié)方 式分一 ）手 提式 挖坑 機 機 具 與 小 型 二 沖 程 汽 油 發(fā) 動 機 （ 2.3 3.73kW） 裝 置 成 整 體 ， 由 單 人 或 雙 人 操 作 ， 主 要應(yīng) 用 于 復(fù) 雜 的 山 區(qū) 、 丘 陵 區(qū) 和 溝 壑 區(qū) ， 在 坡 度 350以 下 的 地 區(qū) 進 行 造 林 前 的 整 地 和 挖 坑 ， 同時 也 可 用 于 果 園 、 桑 園 、 苗 圃 和 城 鎮(zhèn) 進 行 小 樹 移 植 、 挖 坑 追 肥 以 及 埋 設(shè) 樁 柱 等 ， 坑 徑 一 般 在0.3m以 內(nèi)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 8 頁二 ） 懸 掛式 挖坑 機鉆 頭 裝 置 懸 掛 在 拖 拉 機 的 后 方 、 前 方 或 側(cè) 向 。 懸 掛 機 構(gòu) 通 過 上 拉 桿 、 下 拉 桿 以 及 三 個 鉸鏈 與 拖 拉 機 連 接 ， 由 拖 拉 機 的 液 壓 系 統(tǒng) 操 縱 其 挖 坑 機 鉆 頭 裝 置 升 降 。 它 可 以 挖 較 大 的 坑 徑 和較 深的 坑。 用于 拖拉 機可 以通 過的 地區(qū) 進行 挖坑 作業(yè) 。 三 ）自 走式 挖坑 機 1.與 手扶 拖拉 機配 套挖 坑 機 鉆 頭 旋 轉(zhuǎn) 的 動 力 源 是 由 底 盤 上 的 動 力 輸 出 軸 經(jīng) 過 一 級 皮 帶 減 速 、 一 級 直 角 錐 齒 輪減 速 器 并 直 接 輸 到 挖 坑 機 的 鉆 頭 。 鉆 頭 是 采 用 M27螺 紋 同 箱 體 聯(lián) 接 ， 這 樣 裝 拆 方 便 ， 又 能 自動 防止 拆脫 ，如 1W-40型 挖坑 機就 是與 工農(nóng) -3型 手扶 拖拉 機配 套的 。該 型 挖 坑 機 通 過 性 能 較 好 ， 但 需 要 人 力 操 縱 其 鉆 頭 入 土 。 該 型 挖 坑 機 適 于 在 水 平 帶 上 作業(yè) 或用 于茶 園施 肥、 茶苗 一只 和果 園施 肥等 挖坑 作業(yè) 。 2.與 汽車 底盤 配套與 汽 車 底 盤 配 套 的 挖 坑 機 ， 一 般 是 屬 于 起 重 地 鉆 裝 置 ， 如 D70S(E)起 重 地 鉆 機 是 由 汽 車動 力 輸 出 、 伸 出 支 撐 、 回 轉(zhuǎn) 系 統(tǒng) 、 起 吊 變 幅 系 統(tǒng) 、 伸 縮 系 統(tǒng) 、 液 壓 系 統(tǒng) 、 控 制 系 統(tǒng) 和 鉆 頭 裝置 等 組 成 。 從 汽 車 的 發(fā) 動 機 中 輸 出 驅(qū) 動 油 泵 ， 是 發(fā) 動 機 的 機 械 能 轉(zhuǎn) 化 為 液 壓 能 ， 以 供 機 械 的各 部 分 。 地 鉆 裝 置 主 要 由 帶 油 馬 達 的 減 速 器 、 鉆 頭 組 成 。 液 壓 油 通 過 各 控 制 元 件 來 驅(qū) 動 油 馬達 旋 轉(zhuǎn) ， 從 而 通 過 減 速 器 轉(zhuǎn) 動 鉆 頭 軸 ， 有 一 方 軸 裝 在 鉆 頭 軸 中 ， 此 軸 只 要 拔 出 定 位 銷 及 管 子向 下延 伸即 可增 加挖 坑的 深度 。該 機可 挖坑 徑 0.45m、 坑深 4.5m的 坑。QW-10型 挖坑 機基 本上 是屬 于這 種類 型， 但它 是車 載鉆 機的 形式 。2.2.按 鉆頭 安裝 位置 分一 ）立 式挖 坑機立 式 挖 坑 機 是 常 見 的 一 種 類 型 ， 亦 稱 立 軸 式 挖 坑 機 ， 即 鉆 頭 的 鉆 桿 與 減 速 器 輸 出 軸 聯(lián) 接是 垂直 于地 面的 。該 類型 的挖 坑機 主要 用于 挖坑 作業(yè) 。 二 ）臥 式 挖 坑機臥 式 挖 坑 機 亦 稱 水 平 軸 式 挖 坑 機 ， 即 鉆 頭 的 軸 桿 幾 乎 是 水 平 配 置 的 ， 根 據(jù) 作 業(yè) 要 求 ， 可調(diào) 整氣 鉆桿 的傾 斜角 度。南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 9 頁2.3挖 坑機 的鉆 頭2.3.1挖 坑機 鉆頭 的主 要類 型挖 坑 機 的 鉆 頭 是 挖 坑 機 的 主 要 工 作 部 件 ， 根 據(jù) 各 地 區(qū) 條 件 和 作 業(yè) 的 技 術(shù) 要 求 ， 分 為 整地 、 挖 坑 和 開 溝 三 大 類 。 螺 旋 式 鉆 頭 的 挖 坑 機 在 工 作 狀 態(tài) 時 ， 土 壤 全 部 或 絕 大 部 分 從 坑 里 拋出 ， 該 形 式 主 要 用 于 建 筑 工 作 和 栽 植 作 業(yè) 上 。 而 整 地 用 的 挖 坑 機 在 工 作 狀 態(tài) 時 ， 土 壤 不 出坑 ， 該 形 式 主 要 用 于 播 種 造 林 等 。 開 溝 用 的 挖 坑 機 在 工 作 狀 態(tài) 時 ， 土 壤 是 從 一 側(cè) 或 兩 側(cè) 拋出 。本 設(shè)計 選用 螺旋 式鉆 頭 螺 旋式 鉆頭 主要 由鉆 桿 1、 螺旋 翼片 2、 鉆鏵 （刀 片） 3和 鉆尖 4組 成。 工作 時鉆 頭旋 轉(zhuǎn)同 時 向 下 作 進 給 運 動 。 鉆 尖 不 僅 起 挖 坑 機 工 作 時 的 定 心 作 用 ， 并 切 去 中 心 部 分 的 土 壤 ， 繼 而按 一 定 軌 跡 排 列 的 刀 片 （ 或 鉆 鏵 ） 切 土 ， 刀 片 切 下 的 土 壤 沿 著 螺 旋 翼 片 上 升 ， 并 拋 至 坑 的 四周 ， 土 壤 出 坑 的 數(shù) 量 由 鉆 頭 螺 旋 部 分 長 度 決 定 。 如 果 鉆 頭 的 長 度 小 于 坑 的 深 度 ， 采 用 多 次 旋拋 土 壤 的 方 式 。 其 工 作 面 的 形 成 為 垂 直 與 鉆 頭 軸 線 的 直 線 段 ， 沿 著 圓 柱 體 上 劃 出 的 導(dǎo) 向 螺 旋線 移 動 而 成 。 利 用 同 心 圓 柱 體 來 截 鉆 頭 的 表 面 ， 則 得 到 多 條 螺 旋 線 ， 其 螺 旋 升 角 隨 著 圓 柱 體半 徑的 減少 而增 加。 螺旋 形鉆 頭工 作面 不能 展開 成平 面。 螺 旋 形 鉆 頭 又 分 為 單 頭 螺 旋 鉆 頭 和 多 頭 螺 旋 鉆 頭 。 單 頭 螺 旋 鉆 頭 工 作 時 消 耗 能 量 較 少 ，但 由 于 切 土 負 載 不 對 稱 ， 因 此 工 作 穩(wěn) 定 性 比 雙 頭 螺 旋 鉆 頭 差 。 為 了 克 服 上 述 存 在 的 缺 陷 ， 單頭 螺 旋 鉆 頭 可 安 裝 兩 個 鉆 鏵 ， 按 徑 向 對 稱 布 置 。 一 般 小 型 懸 掛 式 挖 坑 機 和 手 提 式 挖 坑 機 采 用單 頭 螺 旋 鉆 頭 。 多 頭 螺 旋 鉆 頭 工 作 時 穩(wěn) 定 性 較 好 ， 但 消 耗 能 量 較 大 ， 一 般 懸 掛 式 中 型 挖 坑 機常 用雙 頭螺 旋鉆 頭。 螺 旋型 鉆頭 挖坑 范圍 很大 ，能 挖 H/D0=.5-16的 坑（ H-坑 的深 度； D0-坑 的直 徑 ） 。3手 提式 挖坑 機的 設(shè)計3.1手 提式 挖坑 機的 工作 原理手 提 式 挖 坑 機 由 小 型 二 沖 程 汽 油 發(fā) 動 機 （ 2.-3.68Kw） 3、 離 合 器 4、 減 速 器 5、 鉆 桿 及套 6、 安全 及保 護罩 7和 鉆頭 裝置 8等 組成 。其 工作 原理 如下 ：由 發(fā) 動 機 通 過 離 合 器 、 減 速 器 而 驅(qū) 動 鉆 頭 作 旋 轉(zhuǎn) 運 動 。 操 作 裝 置 通 常 采 用 可 拆 卸 式 的 手柄 結(jié)構(gòu) 。手 柄的 設(shè)計 要求 操作 靈敏 和便 于操 作發(fā) 動機 油門 開關(guān) 。南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 0 頁圖 1-手 提式 挖坑 機結(jié) 構(gòu)示 意圖1.油 箱 2.手 柄 3.發(fā) 動機 4.離 合器 5.減 速器 6.鉆 桿及 套7.安 全保 護罩 8.鉆 頭裝 置由 蘇 聯(lián) 研 制 的 手 提 式 塊 狀 整 地 機 ， 可 在 坡 度 為 30地 區(qū) 作 業(yè) ， 在 塊 狀 整 地 的 同 時 其 中 心部 挖 出 植 樹 的 坑 。 該 機 的 工 作 部 件 由 “ 友 誼 ” 或 “ 烏 拉 爾 ” 發(fā) 動 機 驅(qū) 動 。 工 作 部 件 是 螺 旋 形鉆 頭 8， 在 其 軸 桿 上 用 兩 個 螺 栓 固 定 在 橫 梁 5上 ， 其 橫 軸 上 焊 有 帶 兩 個 水 平 刀 7的 主 柱 和 三個 垂 直 刀 6。 在 發(fā) 動 機 的 底 板 上 固 定 有 保 護 罩 9， 它 用 于 防 止 土 壤 的 拋 散 。 工 作 時 ， 松 土 刀 6切 斷水 平方 向的 根系 并疏 松土 壤； 水平 刀 7用 于切 斷垂 直根 系， 消滅 雜草 和逐 漸切 下土 層。南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 1 頁圖 1-手 提式 塊狀 整地 機結(jié) 構(gòu)示 意圖1.發(fā) 動機 2.減 速器 3.機 架 4.手 柄 5.橫 梁 6.垂 直刀 7.水 平刀8.鉆 頭 9.保 護罩 10.平 整器該 型 機 具 可 以 同 時 實 現(xiàn) 兩 種 作 業(yè) ， 即 整 地 （ 面 積 直 徑 為 0.5-0.5m） 并 在 塊 狀 地 面 中 心挖 出直 徑為 0.2m、 深為 0.25m的 坑。為 了 使 該 機 具 可 以 自 走 ， 可 以 在 減 速 器 的 輸 出 軸 上 裝 升 降 輪 組 ， 當(dāng) 機 具 到 達 作 業(yè) 地 點后 ，取 下輪 組再 換裝 其鉆 頭。 3.2動 力選 擇原 始數(shù) 據(jù)坑 徑： 40m坑 深： 40m整 機重 量 15kg挖 坑效 率 120孔 /h挖 坑 的 動 力 消 耗 與 坑 徑 、 坑 深 、 土 壤 硬 度 和 下 降 速 度 有 關(guān) 。 通 過 試 驗 ， 手 提 式 挖 坑 機 配南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 2 頁套 動力 應(yīng)在 2.3.68kW之 間。3.螺 旋鉆 頭的 設(shè)計 與計 算手 提 式 挖 坑 機 鉆 頭 由 大 刀 翼 2， 小 刀 翼 4， 刀 體 3及 其 中 心 刃 1等 組 成 （ 圖 1-7） 。 其大 、小 刀翼 的切 削面 磨成 20的 刀刃 ； ； 入土 角圖 雙 頭螺 旋式 鉆頭 結(jié)構(gòu) 示意 圖1.鉆 桿 2.螺 旋翼 片 3.鉆 鏵 4.鉆 尖 5.鉆 鏵3.1螺 旋工 作面 的設(shè) 計1螺 旋的 外直 徑 D根 據(jù)挖 坑直 徑 D0確 定D=（ 0.94-0.95） D0=.95*40=380m2螺 旋長 度 H0應(yīng) 大于 坑深 H=40m3螺 旋升 角 （ 外直 徑處 ）導(dǎo) 程 h升 角 是 螺旋 線與 其軸 線垂 直平 面的 夾角南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 3 頁導(dǎo) 程 h是 螺旋 線上 某一 點沿 螺旋 線圍 繞其 軸線 旋轉(zhuǎn) 一周 所移 動的 距離tg =h/ D 90-1-土 壤對 螺旋 面（ 鋼） 的摩 擦角 ，通 常取 1=2-310， 取 1=250。 =arctgs/ D0s-鉆 頭每 轉(zhuǎn)一 周的 進給 量 s取 40m， =1.820.手 提式 挖坑 機一 般取 =10-180.按 導(dǎo)程 計算手 提式 ： h=（ 0.5-0.9） D=0.6*380=28m =arctgh/ D=10.820 104螺 旋頭 數(shù)一 般手 提式 挖坑 機用 單頭 5鉆 頭的 轉(zhuǎn)速3.2刀 片的 設(shè)計刀 片 也 稱 鉆 鏟 或 鉆 鏵 ， 是 挖 坑 機 的 主 要 切 土 零 件 ， 也 是 工 作 中 最 易 磨 損 的 零 件 。 它 的 形 狀 、 刀 口鋒 利 程 度 、 耐 磨 性 以 及 磨 損 規(guī) 律 ， 對 挖 坑 機 的 阻 力 矩 、 生 產(chǎn) 率 都 有 很 大 影 響 。 因 此 ， 要 求 在 保 證 足 夠強 度和 沖擊 韌性 的條 件下 ，提 高刀 片的 耐磨 性。常 用 的 刀 片 有 以 下 三 種 ： 見 圖 ， 雙 刃 矩 形 ， 梯 形 和 三 角 形 。 雙 刃 矩 形 刀 片 一 面 磨 損 之 后 ， 可 以 掉 頭 使用 ，梯 形刀 片入 土性 能較 好， 阻力 ??； 三角 形刀 片適 用于 松軟 土壤 。 試 驗指 出， 鉆頭 的刀 片磨 損多 在外 緣， 因為 離開 鉆軸 中心 越遠 ，刀 刃轉(zhuǎn) 過的 路程 越長 ，因 此鉆 頭刀 片 的 外 緣 磨 損 快 。 為 了 延 長 刀 片 的 適 用 壽 命 ， 在 易 磨 損 處 將 刀 片 加 寬 形 成 鑿 形 刀 片 ， 或 制 成 局 部 加厚 的刀 片。 由 于鉆 頭工 作時 既有 旋轉(zhuǎn) 運動 又有 進給 運動 ，刀 片的 實際 后角 應(yīng) 由刀 片該 店的 運動 方向 和刀 片后 平面 之間 的夾 角來 測量 。刀 片上 各點 的 隨 著離 鉆桿 距 離增 大而 增大 。只 有 當(dāng) 0時 ， 鉆 頭 才 能 入 土 。 當(dāng) 值 不 大 時 ， 刀 片 很 快 形 成 寬 的 背 棱 ， 入 土 所 需 的 力 矩 和 阻力 急 劇 增 加 ， 因 此 ， 可 適 當(dāng) 增 大 名 義 后 角0， 以 達 到 增 加 實 際 后 角 。 名 義 后 角 0在 004525時 入南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 4 頁土 力 矩 和 阻 力 均 較 小 。 前 角 過 大 和 過 小 入 土 力 矩 和 入 土 阻 力 均 增 加 。 名 義 前 角 0在 045時 入 土 力 矩 和入 土阻 力最 小。 刀 片 厚 度 8-10毫 米 ， 刃 厚 0.5-1毫 米 。 刀 片 的 材 料 可 用 65SiMnRe鋼 或 65Mn鋼 ， 刃 部 淬 火 區(qū) 為25-35毫 米 ， 硬 度 HRC46-0， 非 淬 火 區(qū) 硬 度 不 大 于 HRC3。 刀 片 用 沉 頭 方 頸 螺 釘 安 裝 于 刀 座 上 ， 刀 座通 常 以 鋼 板 焊 接 在 螺 旋 工 作 面 背 面 ， 刀 片 與 螺 旋 面 的 接 縫 處 應(yīng) 密 合 平 整 ， 不 允 許 螺 旋 面 高 出 刀 片 而 增大 切 削 阻 力 。 對 于 直 徑 30毫 米 以 下 的 鉆 頭 ， 尤 其 是 手 提 式 挖 坑 機 可 以 用 單 頭 螺 旋 ， 這 樣 消 耗 扭 矩小 。但 是為 了使 受力 平衡 ，一 般也 要對 稱地 裝兩 個刀 片， 因此 這種 結(jié)構(gòu) 需要 兩個 刀座 。 3.3鉆 尖的 設(shè)計鉆 尖 也 稱 定 位 尖 ， 它 一 般 用 螺 釘 連 接 在 鉆 尖 的 拖 柄 上 ， 鉆 尖 的 型 式 有 平 面 三 角 形 、 平 面 分 叉 型 、錐 形小 螺旋 型和 平面 三尖 型。 實 踐 證 明 ， 分 叉 型 鉆 尖 入 土 阻 力 最 小 ， 錐 形 小 螺 旋 最 大 ， 三 角 型 次 之 。 定 位 性 能 以 錐 形 小 螺 旋 最好 。 一 般 中 型 挖 坑 機 （ 鉆 頭 重 量 在 150kg左 右 ） 的 鉆 頭 ， 應(yīng) 選 用 分 叉 型 鉆 尖 ， 而 對 于 大 型 的 挖 坑 機 的鉆 頭（ 重在 250kg左 右 ） ， 為防 止鉆 頭過 重和 入土 過快 （靠 自重 入土 的挖 坑機 ）應(yīng) 選用 三角 形鉆 尖。 對于 鉆 深 坑 的 挖 坑 機 鉆 頭 選 用 平 面 三 尖 型 的 鉆 尖 更 合 適 。 另 一 方 面 鉆 鏵 的 切 削 刃 與 鉆 尖 之 間 的 距 離 H2越大 ， 鉆 尖 的 迴 轉(zhuǎn) 直 徑 D1（ 取 0.1-0.16m） 越 小 ， 那 么 它 的 對 中 性 越 好 。 但 是 隨 著 H2的 增 加 ， 鉆 尖 入 土所 需的 麗也 增加 ，土 壤從 鉆頭 表面 排出 也更 困難 。此 距采 用如 下范 圍較 合理0.9D1H21.2D13.4離 合器 的設(shè) 計1.設(shè) 計背 景離 心離 合器 由于 有固 定的 結(jié)合 轉(zhuǎn)數(shù) 和過 載保 護功 能而 被廣 泛應(yīng) 用于 油鋸 、割 灌機 、風(fēng) 力滅 火機 、無 變 速 器 等 機 具 的 傳 動 中 ， 它 對 保 護 操 作 者 和 機 具 過 載 時 的 安 全 是 十 分 重 要 的 。 滑 塊 離 心 式 離 合 器 結(jié)構(gòu) 簡單 、緊 湊、 它是 由主 動盤 、摩 擦塊 、壓 縮彈 簧和 被動 盤組 成的 。2.設(shè) 計目 的 通 過 本 課 程 設(shè) 計 ， 掌 握 滑 塊 離 心 式 摩 擦 離 合 器 的 設(shè) 計 方 法 、 步 驟 ， 進 一 步 了 解 離 合 器 的 工 作 狀 況南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 5 頁和 性能 ，提 高機 械產(chǎn) 品的 設(shè)計 能力 3.設(shè) 計參 數(shù) 原 始數(shù) 據(jù)：離 合器 配用 的發(fā) 動機 型號 1E40F離 心塊 數(shù)量 ： 4摩 擦表 面： 石 棉 45鋼1E40F汽 油發(fā) 動機 的外 特性 曲線 參數(shù)發(fā) 動 機 型 號 怠 速(rpm)最 高轉(zhuǎn) 速 （ rpm） 額 定 功 率/轉(zhuǎn)速 (kw/rpm)最 大 輸 出 扭 矩 /轉(zhuǎn) 速(N.m/rpm)輸 出 軸 直 徑(m)輸 出 軸 連 接 形 式 允 許 離 合 器 外 經(jīng) (m)允 許 離 合 器 高 度 (m)離 合 器 離 心 塊 與 被 動 盤 間隙1E40F21080 2.97/5205.93/440 144花 鍵 80m 24m1m4 具體 設(shè)計 步驟 ：1） .確 定總 體設(shè) 計方 案由 于 滑 塊 為 四 塊 ， 而 離 合 器 允 許 外 徑 偏 小 ， 考 慮 到 便 于 布 置 零 件 ， 故 采 用 壓 縮 彈 簧 的 形 式 ， 離心 塊 與 被 動 盤 間 隙 取 為 1m， 滿 足 要 求 且 便 于 計 算 。 滑 塊 離 心 式 摩 擦 離 合 器 主 要 用 于 草 坪 機 械 ， 假 定南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 6 頁以 皮帶 輪作 為輸 出結(jié) 構(gòu)。 2） .確 定離 合器 需要 傳遞 的扭 矩：由 m93.5em ax =NM ， b 1 扭 矩儲 備系 數(shù)這 里 取 2.1=。 發(fā) 動機 最大 輸出 扭矩 （ Nm）故 116.793.52.1em axf =MM N.m3） .初 定結(jié) 合轉(zhuǎn) 速： 因 結(jié)合 轉(zhuǎn)速 ( )12 n45.125.1n這 里系 數(shù)取 12 n25.1n=， 由發(fā) 動機 怠速m in/r2100n1= 得 m in/r2625n2=計 算得4） .確 定離 合器 結(jié)構(gòu) 形式由 初始 給定 數(shù)據(jù) 條件 ，離 心塊 數(shù)量 為 4， 即 Z=4；確 定 被 動 盤 直 徑 D=10m,壁 厚 取 2m， 離 合 器 離 心 塊 與 被 動 盤 間 隙 ， 因 摩 擦 配 合 為 石 棉 石 棉 ，石 棉厚 度取 為 3m， 則被 動盤 半徑 R=50-23-1=4m；由 離心 塊質(zhì) 心半 徑選 取范 圍 ， 再結(jié) 合初 步確 定的 離心 塊結(jié) 構(gòu)和 形狀 ，初 步選 r=20m；離 心 塊 與 被 動 盤 材 料 均 選 45號 鋼 ， 由 于 摩 擦 配 合 為 石 棉 45鋼 ， 故 離 心 塊 結(jié) 合 面 貼 一 層 石 棉 ，摩 擦系 數(shù) f選 為 0.8-0.12.5） .初 定離 心塊 質(zhì)量 離 心塊 質(zhì)量 須滿 足兩 個條 件： 結(jié) 合轉(zhuǎn) 速 n2時 22n rm =PP式 中： P2 結(jié) 合轉(zhuǎn) 速 n2時 離心 塊產(chǎn) 生的 離心 力；Pn 彈 簧對 離心 塊張 緊力 的徑 向分 力；南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 7 頁 2 結(jié) 合轉(zhuǎn) 速 n2時 的角 速度 。 傳 遞最 大扭 矩 Mf時( )fn4 f ZRPP =244 rm =P( ) Zfrm-rm 224f = RM ( ) ZR= f-rm 224( )2224 ff-r 900m = ZRMm in/r4400n4= r/m in2625n2=( ) kg03256.014.3-2.3105.02625-4400020.0 900116.7m222 =式 中： n4 發(fā) 動機 最大 扭矩 Mf時 的轉(zhuǎn) 速； 4 發(fā) 動機 最大 扭矩 Mf時 的角 速度 ；f 離 心 塊 與 被 動 盤 內(nèi) 表 面 的 摩 擦 系 數(shù) （ 鋼 對 鋼 ： f 0.15； 鋼 對 石 棉 ： f 0.30； 石 棉 對 石棉 ： f 0.36 0.50， 這里 取 0.15）由 發(fā)動 機外 特性 參數(shù) ： 代 入其 他數(shù) 據(jù)： R=31m， Z=2， f=0.5， =7.16N.M， r=20m， 計算 得 m=0.3kg。6） .計 算彈 簧在 各個 工況 下受 力結(jié) 合轉(zhuǎn) 速時 ： NPP 4469.612602100102503256.0 23-n2 = 怠 速時 彈簧 壓縮 力： NP 326.392602100102503256.0 231 = 7） 驗證 離合 器高 度 ()d21h=因 離合 器允 許高 度為 20m， 而 h取 值范 圍為 （ 12） d；選 定滑 塊結(jié) 構(gòu)為 扇形 ，包 角 ， 中間 挖空 一定 尺寸 放置 彈簧 與螺 栓， 則由 vm =， 列方 程得南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 8 頁31材 料為 45鋼 ，故 這里解 得 ，h24m。 故離 合器 高度 滿足 要求 。8） 滑塊 的質(zhì) 心驗 算由 扇形 形心 計算 公式 ： ， 設(shè)計 滑塊 ； 120再 由組 合圖 形的 形心 計算 公式 ： ， 計算 得滑 塊質(zhì) 心約 為 19m；驗 算結(jié) 合轉(zhuǎn) 速 ， 與理 論計 算值 相 差不 大， 故初 選質(zhì) 心符 合要 求。9） 彈簧 的設(shè) 計計 算 計 算彈 簧剛 度由 ： 怠 速時 彈簧 所受 壓力 ： 。 140.25N結(jié) 合時 彈簧 最大 工作 壓力 ： 。 23.52N由 胡克 定律 ： ，計 算得 83.295故 彈簧 初始 壓縮 量為 1.68m 選 擇與 驗算 彈簧 具體 參數(shù)彈 簧材 料選 碳 素鋼 絲， 初選 彈簧 指數(shù) C=5， 中徑 ， 查表 得 K=1.31估 算簧 絲直 徑 d=D/C=1.6m， 查表 得 ，簧 絲直 徑：計 算得 d=1.72m根 據(jù)標 準圓 整為 d=1.8m工 作圈 數(shù) ： 由 ， 而 =1+.78=2.78m南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 1 9 頁計 算得 ， 圓整 為 3.5總 圈數(shù) n： 彈簧 選擇 冷卷 ，則 總?cè)?數(shù) n=2+3.5=.5工 作極 限載 荷：工 作極 限載 荷下 的變 形： 余 隙： =0.1d=0.18m節(jié) 距： t=（ 0.30.5） 取 為 3.6m中 徑： =Cd=9m外 徑： =10.8m內(nèi) 徑： =7.2m自 由高 度： =16.3m， 根據(jù) 標準 圓整 為 18m螺 紋升 角： ， 在 之 間， 符合 使用 條件展 開長 度： =15m驗 算穩(wěn) 定性 ： =3.7， 故 C值 符合 要求疲 勞強 度校 核： =653彈 簧滿 足條 件， 可用 。1） 花鍵 的選 擇和 校核已 知發(fā) 動機 的額 定功 率 P=2.97KW， 額定 轉(zhuǎn)速 n=520r/min；由 初始 數(shù)據(jù) ，選 取矩 形花 鍵， 輕系 列鍵 的輸 入端 為發(fā) 動機 輸出 軸， 輸出 端為 離合 器， 花鍵 結(jié)合 長度 取 l=86m工 作齒 高： =（ D-d） /2-C=1m。材 料取 低碳 合金 鋼， 表面 滲碳 淬火 ，表 面硬 度為 5864HRC。此 矩形 花鍵 如下 圖：花 鍵聯(lián) 接的 擠壓 強度 和耐 磨性 校核 公式 ：南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 2 0 頁T 輸 入轉(zhuǎn) 矩， N.M 各 齒間 載荷 分布 不均 勻系 數(shù)， 通常 取 0.70.8；Z 齒 數(shù)；h 齒 的工 作高 度；l 花 鍵的 工作 長度 ； 平 均直 徑。由 T=950P/n=5.40N.M， 取 0.7， Z=4， h=1m， l=86m， =16m計 算得 =2.80MPa。查 表得 此花 鍵聯(lián) 接的 許用 比壓 =3060MPa， 即 p。故 此花 鍵聯(lián) 接安 全。 12） 軸承 的選 取與 校核由 輸出 軸直 徑與 軸所 受的 載荷 ，初 選軸 承為 GB/T29 194704AC角 接觸 球軸 承，主 要尺 寸為 d=2m， D=4m， B=12m由 于軸 承所 受的 最大 徑向 力 =126.8N，軸 向力 主要 為軸 的軸 向竄 動， 可認 為 ， 故 =126.8N。由 機械 的工 作情 況查 表可 得 軸 承在 此離 合器 中壽 命為 4080h而 由：n取 最高 轉(zhuǎn)速 80r/min，