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小型挖坑机的设计【农业机械】【11张图纸】【优秀】

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主动轮毂.dwg
偏心套.dwg
小型挖坑机设计图11张.dwg
摆线轮.dwg
油门开关.dwg
离合器.dwg
螺旋钻头.dwg
行星减速器.dwg
被动盘.dwg
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输出轴盘.dwg
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小型 挖坑机 的设计
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小型挖坑机的设计

36页 14000字数+说明书+11张CAD图纸【详情如下】

主动轮毂dwg

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小型挖坑机设计图11张dwg

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螺旋钻头dwg

行星减速器dwg

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输出轴盘dwg

闸块dwg


目录

1 引言5

2 方案对比与结构5

21 国内外研究现状5

22 挖坑机的构造7

221 挖坑机的工作条件 7

222 挖坑机的分类 7

223 挖坑机的钻头 8

3 手提式挖坑机的设计9

31 手提式挖坑机的工作原理 9

32 动力选择11

33 螺旋钻头的设计和计算 12

331 螺旋工作面的设计 12

332 刀片的设计 12

333 钻尖的设计 13

34 离合器的设计14

35 减速器的设计22

4 发展趋势32

41 一机多能 32

42 人机和谐 32

43 应用范围 32

参考文献33

摘要


本文介绍了手提式挖坑机的相关背景、国内外研究现状、挖坑机的设计要求及其类型、工作原


理、技术性能。通过对原始数据的分析比较、方案的论证以及综合考虑，完成了手提式挖坑机的总体


设计。在此基础上对手提式挖坑机从结构原理、动力选择 、离合器的设计、螺旋钻头的设计、减速器


设计进行阐述。摆线针轮行星减速器作为重要的机械传动部件具有体积小、重量轻、传动效率高的特


点。本设计在全面考虑多齿啮合、运转平稳、轮齿均载等运动学和动力学的要求，实现高承载能力、


高传递效率、高可靠性和优良动力学性能等指标，而且要便于制造、装配和检修，设计了该具有合理


结构的摆线针轮行星减速器。


本设计建立了合理的动力分析数学模型，对摆线针轮传动中的摆线轮、转臂轴承、柱销及轴进行


准确的受力分析，并其求解。计算并校核主要件的强度及转臂轴承、各支承轴承的寿命，分析结果可


以看到，各轴承性能指标均符合要求。


利用Auto CAD软件对摆线针轮减速器各零件建立几何三维模型、摆线针轮减速器虚拟装配及工程


图生成。用本文的方法设计摆线针轮减速器，具有设计快捷、方便等特点。研究结果对提高设计的速


度、质量具有重要意义。

内蒙赤峰田丰农林机械厂生产的 3WH-60 型悬挂式挖坑机结构合理，使用方便

活，易于操作，每小时可挖 80-150 个坑，其可与多种型号 36.8KW 以上拖拉机配合使用，用

于大面积植树造林及工业挖坑，挖坑直径 250-600mm，深度 0-1200mm，适用于平原丘陵及沙

地作业。生产的大丰王系列挖坑机 WKJ-60/70，,可与 18.4-36.8KW 的多种

拖拉机配合使用挖坑直径 400-800mm，可根据用户要求特别制作深度 650-800mm，转速

248r/min，每小时可挖 60 个坑。

哈尔滨林业福马机电设备公司生产的悬挂式挖坑机，可与铁牛 40.4KW 或 18.4KW

以上的具有动力输出和悬挂装置的拖拉机配套，挖坑直径为 250-600mm，挖坑深度为 0-

800mm，挖坑效率为 120 坑/h。

手提式挖坑机在我国刚刚崭露头角，适用于家庭或地形复杂地区的小面积植树造


林，也可用于打桩和树木追肥挖坑，如哈尔滨林业福马机电设备公司生产的 3WS-2.8 型手提


式挖坑机，采用 051A-1 型发动机最大功率为 2.8KW 转速为 280-320r/min，挖坑尺寸坑径深


度为φ320mm-500mm，质量为 17.6kg，该机主要应用于地形复杂的山地丘陵区和沟壑区在坡


度 35 以下的荒山荒地,、次生林地以及黄土高原的沟坡进行挖坑或整地。


国内的一些林业高等院校和科研院所也对挖坑机进行了一些研究分析。关于挖坑机的论文大


约有几十篇，涉及钻头升土理论及钻头临界转速的研究、钻头螺旋面强度的分析以及螺旋升


角的选择问题，还得出了在不同条件下的挖坑机的动态力学参数，指出了钻头转矩的主要影


响因素，对挖坑机的一些结构参数的确定起到了指导作用，为国内挖坑机的优化设计提供理


了论支持。


2.2.2 国外研究现状


相比之下国外的研究状况要好一些，由日本生产的自走式高性能挖坑整地机采用柴油机


作动力，行走脚与轮胎组合，行走装置为全液压式，平时用轮胎行驶，坡地靠行走脚行走，


适用于坡度高达 56 的陡坡林地作业。作业时４只脚可上下左右移动，并能保证包括驾驶室在


内的机器上半部始终呈水平状态。该机的液压臂端部可安装液压式割灌机或挖坑机，每天可

内容简介：
南京林业大学本科毕业设计第 1 页南 京林 业大 学本 科毕 业设 计（ 论文 ）题 目 ： 小型挖坑机的设计学 院 ： 南方学院专 业 ： 机械设计制造及其自动化学 号 ： N0 9 0 3 0 1 1 2 2学 生 姓 名 ： 徐苏宁指 导 教 师 ： 周凤芳职 称 ： 讲师二 O一 三 年 六 月 一 日南京林业大学本科毕业设计第 2 页目录目录目录目录1引 言 .52方 案对 比与 结构 .52.1国 内外 研究 现状 .52.挖 坑机 的构 造 .72.1挖 坑机 的工 作条 件 .72.2挖 坑机 的分 类 .72.3挖 坑机 的钻 头 .83手 提式 挖坑 机的 设计 .93.1手 提式 挖坑 机的 工作 原理 .93.2动 力选 择 .13.螺 旋钻 头的 设计 和计 算 .123.1螺 旋工 作面 的设 计 .123.2刀 片的 设计 .123.3钻 尖的 设计 .133.4离 合器 的设 计 .143.5减 速器 的设 计 .24发 展趋 势 .324.1一 机多 能 .324.2人 机和 谐 .324.3应 用范 围 .32参 考文 献 .3南京林业大学本科毕业设计第 3 页摘 要本 文介 绍了 手提 式挖 坑机 的相 关背 景、 国内 外研 究现 状、 挖坑 机的 设计 要求 及其 类型 、工 作原理 、技 术性 能。 通过 对原 始数 据的 分析 比较 、方 案的 论证 以及 综合 考虑 ，完 成了 手提 式挖 坑机 的总 体设 计。 在此 基础 上对 手提 式挖 坑机 从结 构原 理、 动力 选择 、 离合 器的 设计 、螺 旋钻 头的 设计 、减 速器设 计进 行阐 述 。 摆 线针 轮行 星减 速器 作为 重要 的机 械传 动部 件具 有体 积小 、重 量轻 、传 动效 率高 的特点 。本 设计 在全 面考 虑多 齿啮 合、 运转 平稳 、轮 齿均 载等 运动 学和 动力 学的 要求 ，实 现高 承载 能力 、高 传递 效率 、高 可靠 性和 优良 动力 学性 能等 指标 ，而 且要 便于 制造 、装 配和 检修 ，设 计了 该具 有合 理结 构的 摆线 针轮 行星 减速 器。 本 设计 建立 了合 理的 动力 分析 数学 模型 ，对 摆线 针轮 传动 中的 摆线 轮、 转臂 轴承 、柱 销及 轴进 行准 确的 受力 分析 ，并 其求 解。 计算 并校 核主 要件 的强 度及 转臂 轴承 、各 支承 轴承 的寿 命， 分析 结果 可以 看到 ，各 轴承 性能 指标 均符 合要 求。 利 用 AutoCAD软 件对 摆线 针轮 减速 器各 零件 建立 几何 三维 模型 、摆 线针 轮减 速器 虚拟 装配 及工 程图 生成 。用 本文 的方 法设 计摆 线针 轮减 速器 ，具 有设 计快 捷、 方便 等特 点。 研究 结果 对提 高设 计的 速度 、质 量具 有重 要意 义。南京林业大学本科毕业设计第 4 页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南京林业大学本科毕业设计第 5 页1.引 言： 我 国 的 森 林 资 源 不 足 ， 森 林 覆 盖 率 很 低 。 从 国 家 林 业 局 公 布 的 第 六 次 全 国 森 林 资 源 调 查结 果 来 看 ， 目 前 我 国 森 林 资 源 现 状 是 ： 林 业 用 地 面 活 立 木 总 蓄 积 量 为 124.9亿 m； 森 林 蓄积 量 为 12.7亿 m； 除 台 湾 省 外 ， 全 国 人 工 林 面 积 为 466.7万 m3； 人 工 林 蓄 积 为 10.1亿 m3。 从 以 上 调 查 数 字 可 以 看 出 ， 全 国 森 林 覆 盖 率 为 16.5%， 仅 相 当 于 世 界 森 林 覆 盖 率(27%)的 61.3%； 我 国 人 均 森 林 面 积 和 人 均 森 林 蓄 积 分 别 相 当 于 世 界 人 均 水 平 的 1/5和1/8， 远 远 低 于 世 界 平 均 水 平 。 我 国 在 “ 十 二 五 ” 规 划 中 ， 把 生 态 环 境 建 设 摆 到 了 突 出 的 战略 位 置 。 我 国 三 北 及 长 江 流 域 防 护 林 体 系 建 设 工 程 、 退 耕 还 林 工 程 、 积 为 26329.5万 hm2；森 林 面 积 为 15894.1万 m2； 速 生 丰 产 用 材 林 基 地 建 设 工 程 等 六 大 林 业 重 点 工 程 的 制 定 和 实施 ，体 现了 党中 央、 国务 院对 我国 生态 环境 建设 的高 度重 视， 受到 社 会各 界广 泛关 注， 农民群 众 普 遍 欢 迎 。 近 年 来 ， 人 们 越 来 越 重 视 身 边 的 生 态 环 境 ， “ 植 树 造 林 ， 保 护 环 境 ” 已 成 为全 民参 与的 一项 大型 义务 活动 。然 而， 人工 造林 效率 低、 速度 慢且 劳 动强 度大 ，而 机械 化造林 则是 大势 所趋 ，不 仅可 以提 高劳 动效 率、 减轻 劳动 强度 ，还 能保 证 造林 质量 、降 低生 产成本 、 提 高 经 济 效 益 。 挖 坑 机 是 一 种 重 要 的 植 树 造 林 整 地 机 械 ， 它 广 泛 应 用 于 果 树 摘 植 、 橡 胶定 植 、 小 树 移 栽 、 挖 道 施 肥 、 埋 设 桩 柱 和 炸 药 等 作 业 ， 具 有 挖 坑 质 量 好 、 作 业 效 率 高 等 优点 ，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 挖坑机 可 以 提 高 造 林 质 量 ， 这 对 于 解 决 当 前 造 林 中 成 活 率 低 、 保 存 率 低 和 幼 林 生 长 量 低 的 难 题 ，提 高造 林的 经济 效益 等有 重要 意义 。2方 案对 比与 结构2.1国 内 外 研 究现 状2.1国 内研 究现 状在 国 内 悬 挂 式 挖 坑 机 的 生 产 和 应 用 较 为 广 泛 。 内 蒙 古 赤 峰 田 丰 农 林 机 械 厂 、 山 东 大 丰 机械 有 限 公 司 、 哈 尔 滨 林 业 福 马 机 电 设 备 公 司 及 宁 夏 自 治 区 农 业 机 械 研 究 所 等 余 家 单 位 进行 了 研 究 制 造 和 销 售 。 该 类 挖 坑 机 通 常 具 有 较 大 的 功 率 ， 机 动 性 较 强 ， 能 挖 较 大 和 较 深 的南京林业大学本科毕业设计第 6 页坑 ，大 多应 用于 大面 积植 树造 林， 应用 围也 比较 广 ） 内 蒙 赤 峰 田 丰 农 林 机 械 厂 生 产 的 3WH-60型 悬 挂 式 挖 坑 机 结 构 合 理 ， 使 用 方 便 灵活 ， 易 于 操 作 ， 每 小 时 可 挖 80-150个 坑 ， 其 可 与 多 种 型 号 36.8KW以 上 拖 拉 机 配 合 使 用 ， 用于 大 面 积 植 树 造 林 及 工 业 挖 坑 ， 挖 坑 直 径 250-60m， 深 度 0-120m， 适 用 于 平 原 丘 陵 及 沙地 作业 。 ） 山 东 大 丰 机 械 厂 生 产 的 大 丰 王 系 列 挖 坑 机 WKJ-60/70， ,可 与 18.4-36.8KW的 多 种拖 拉 机 配 合 使 用 挖 坑 直 径 40-80m， 可 根 据 用 户 要 求 特 别 制 作 深 度 650-80m， 转 速248r/min， 每小 时可 挖 60个 坑。 ） 哈 尔 滨 林 业 福 马 机 电 设 备 公 司 生 产 的 悬 挂 式 挖 坑 机 ， 可 与 铁 牛 40.4KW或 18.4KW以 上 的 具 有 动 力 输 出 和 悬 挂 装 置 的 拖 拉 机 配 套 ， 挖 坑 直 径 为 250-60m， 挖 坑 深 度 为 0-80m， 挖坑 效率 为 120坑 /h。 ） 手 提 式 挖 坑 机 在 我 国 刚 刚 崭 露 头 角 ， 适 用 于 家 庭 或 地 形 复 杂 地 区 的 小 面 积 植 树 造林 ， 也 可 用 于 打 桩 和 树 木 追 肥 挖 坑 ， 如 哈 尔 滨 林 业 福 马 机 电 设 备 公 司 生 产 的 3WS-2.8型 手 提式 挖 坑 机 ， 采 用 051A-1型 发 动 机 最 大 功 率 为 2.8KW转 速 为 280-320r/min， 挖 坑 尺 寸 坑 径 深度 为 320m-50m， 质 量 为 17.6kg， 该 机 主 要 应 用 于 地 形 复 杂 的 山 地 丘 陵 区 和 沟 壑 区 在 坡度 35以 下的 荒山 荒地 ,、 次生 林地 以及 黄土 高原 的沟 坡进 行挖 坑或 整地 。国 内 的 一 些 林 业 高 等 院 校 和 科 研 院 所 也 对 挖 坑 机 进 行 了 一 些 研 究 分 析 。 关 于 挖 坑 机 的 论 文 大约 有 几 十 篇 ， 涉 及 钻 头 升 土 理 论 及 钻 头 临 界 转 速 的 研 究 、 钻 头 螺 旋 面 强 度 的 分 析 以 及 螺 旋 升角 的 选 择 问 题 ， 还 得 出 了 在 不 同 条 件 下 的 挖 坑 机 的 动 态 力 学 参 数 ， 指 出 了 钻 头 转 矩 的 主 要 影响 因 素 ， 对 挖 坑 机 的 一 些 结 构 参 数 的 确 定 起 到 了 指 导 作 用 ， 为 国 内 挖 坑 机 的 优 化 设 计 提 供 理了 论支 持。2.2国 外研 究现 状相 比 之 下 国 外 的 研 究 状 况 要 好 一 些 ， 由 日 本 生 产 的 自 走 式 高 性 能 挖 坑 整 地 机 采 用 柴 油 机作 动 力 ， 行 走 脚 与 轮 胎 组 合 ， 行 走 装 置 为 全 液 压 式 ， 平 时 用 轮 胎 行 驶 ， 坡 地 靠 行 走 脚 行 走 ，适 用于 坡度 高达 56的 陡坡 林地 作业 。作 业时 只 脚可 上下 左右 移动 ，并 能保 证包 括驾 驶室 在内 的 机 器 上 半 部 始 终 呈 水 平 状 态 。 该 机 的 液 压 臂 端 部 可 安 装 液 压 式 割 灌 机 或 挖 坑 机 ， 每 天 可南京林业大学本科毕业设计第 7 页挖 植 树 坑 30-40个 。 实 现 了 一 机 多 用 。 日 本 生 产 的 A-7型 手 提 式 挖 坑 机 质 量 仅 为 7.0kg，采 用 H35D发 动 机 .A8D型 挖 坑 机 可 挖 坑 径 范 围 为 20-20m。 德 国 生 产 BT120C型 挖 坑 机 如 图 所 示 发 动 机 功 率 1.3KW， 质 量 8.2kg， 钻 头 转 速 190r/min， 发 动 机 转 矩 1.7Nm， 钻 头 的 转 矩79.0Nm。 英国 生产 的 05H830型 悬挂 式挖 坑机 和美 国生 产的 悬挂 式三 钻头 挖坑 机， 钻头 之间的 距 离 是 可 调 节 的 ， 即 行 距 可 调 ， 适 用 于 平 原 地 区 的 大 面 积 植 树 造 林 ， 工 作 效 率 很 高 。 美 国和 加 拿 大 生 产 的 手 提 式 挖 坑 机 ， 发 动 机 与 钻 头 采 用 分 离 式 ， 通 过 液 压 传 动 ， 驱 动 钻 头 工 作 。美 国 生 产 的 HYD-TB1H型 液 压 挖 坑 机 ,质 量 为 170kg， 最 大 流 量 为 2.7L/min， 最 大 转 速 为14r/min， 钻 头 最 大 扭 矩 349Nm。 美 国 生 产 的 MDL-5B型 挖 坑 机 ,发 动 机 采 用 动 力 为 4.1KW的BSIntecProOHV的 挖 坑 机 在 工 作 时 发 动 机 离 操 作 者 有 较 远 的 距 离 ,大 大 减 少 了 噪 音 对 操 作者 的影 响 ,充 分考 虑了 人 机工 程学 原理 ,有 的手 提式 挖坑 机安 装了 个 支点 即轮 子 ,使 挖坑 机的 携带 比较 方便 ,工 作时 还可 以把 挖坑 机的 反向 转矩 释放 给轮 体 ,减 小操 作者 手上 的反 向力 矩 ,增 加其 安全 性并 减轻 了操 作者 的疲 劳程 度。2.挖 坑机 的构 造2.1挖 坑机 的工 作条 件挖 坑 机 的 主 要 作 业 地 点 是 荒 山 坡 地 、 沙 荒 沙 丘 、 采 伐 迹 地 、 林 间 空 地 、 草 场 、 沼 泽 地 、橡 胶 、 果 园 和 城 市 街 道 等 。 这 些 地 方 的 土 壤 组 成 、 土 层 厚 度 、 土 壤 的 物 理 机 械 性 质 等 都 存 在着 较 大 的 差 异 ， 因 此 要 求 工 作 部 件 坚 固 耐 磨 ， 通 过 性 能 要 好 ， 同 时 由 于 挖 坑 机 的 作 业 受 立 地条 件和 作业 技术 的影 响， 使挖 坑机 的工 作速 度受 到一 定的 限制 ，即 不宜 过大 。2.2挖 坑机 的分 类挖 坑机 的种 类很 多， 一般 按配 套动 力和 挂结 方式 、传 动方 式、 钻头 安装 位置 进行 分类 。2.2.1按 配套 动力 和挂 结方 式分一 ）手 提式 挖坑 机 机 具 与 小 型 二 冲 程 汽 油 发 动 机 （ 2.3 3.73kW） 装 置 成 整 体 ， 由 单 人 或 双 人 操 作 ， 主 要应 用 于 复 杂 的 山 区 、 丘 陵 区 和 沟 壑 区 ， 在 坡 度 350以 下 的 地 区 进 行 造 林 前 的 整 地 和 挖 坑 ， 同时 也 可 用 于 果 园 、 桑 园 、 苗 圃 和 城 镇 进 行 小 树 移 植 、 挖 坑 追 肥 以 及 埋 设 桩 柱 等 ， 坑 径 一 般 在0.3m以 内南京林业大学本科毕业设计第 8 页二 ） 悬 挂式 挖坑 机钻 头 装 置 悬 挂 在 拖 拉 机 的 后 方 、 前 方 或 侧 向 。 悬 挂 机 构 通 过 上 拉 杆 、 下 拉 杆 以 及 三 个 铰链 与 拖 拉 机 连 接 ， 由 拖 拉 机 的 液 压 系 统 操 纵 其 挖 坑 机 钻 头 装 置 升 降 。 它 可 以 挖 较 大 的 坑 径 和较 深的 坑。 用于 拖拉 机可 以通 过的 地区 进行 挖坑 作业 。 三 ）自 走式 挖坑 机 1.与 手扶 拖拉 机配 套挖 坑 机 钻 头 旋 转 的 动 力 源 是 由 底 盘 上 的 动 力 输 出 轴 经 过 一 级 皮 带 减 速 、 一 级 直 角 锥 齿 轮减 速 器 并 直 接 输 到 挖 坑 机 的 钻 头 。 钻 头 是 采 用 M27螺 纹 同 箱 体 联 接 ， 这 样 装 拆 方 便 ， 又 能 自动 防止 拆脱 ，如 1W-40型 挖坑 机就 是与 工农 -3型 手扶 拖拉 机配 套的 。该 型 挖 坑 机 通 过 性 能 较 好 ， 但 需 要 人 力 操 纵 其 钻 头 入 土 。 该 型 挖 坑 机 适 于 在 水 平 带 上 作业 或用 于茶 园施 肥、 茶苗 一只 和果 园施 肥等 挖坑 作业 。 2.与 汽车 底盘 配套与 汽 车 底 盘 配 套 的 挖 坑 机 ， 一 般 是 属 于 起 重 地 钻 装 置 ， 如 D70S(E)起 重 地 钻 机 是 由 汽 车动 力 输 出 、 伸 出 支 撑 、 回 转 系 统 、 起 吊 变 幅 系 统 、 伸 缩 系 统 、 液 压 系 统 、 控 制 系 统 和 钻 头 装置 等 组 成 。 从 汽 车 的 发 动 机 中 输 出 驱 动 油 泵 ， 是 发 动 机 的 机 械 能 转 化 为 液 压 能 ， 以 供 机 械 的各 部 分 。 地 钻 装 置 主 要 由 带 油 马 达 的 减 速 器 、 钻 头 组 成 。 液 压 油 通 过 各 控 制 元 件 来 驱 动 油 马达 旋 转 ， 从 而 通 过 减 速 器 转 动 钻 头 轴 ， 有 一 方 轴 装 在 钻 头 轴 中 ， 此 轴 只 要 拔 出 定 位 销 及 管 子向 下延 伸即 可增 加挖 坑的 深度 。该 机可 挖坑 径 0.45m、 坑深 4.5m的 坑。QW-10型 挖坑 机基 本上 是属 于这 种类 型， 但它 是车 载钻 机的 形式 。2.2.按 钻头 安装 位置 分一 ）立 式挖 坑机立 式 挖 坑 机 是 常 见 的 一 种 类 型 ， 亦 称 立 轴 式 挖 坑 机 ， 即 钻 头 的 钻 杆 与 减 速 器 输 出 轴 联 接是 垂直 于地 面的 。该 类型 的挖 坑机 主要 用于 挖坑 作业 。 二 ）卧 式 挖 坑机卧 式 挖 坑 机 亦 称 水 平 轴 式 挖 坑 机 ， 即 钻 头 的 轴 杆 几 乎 是 水 平 配 置 的 ， 根 据 作 业 要 求 ， 可调 整气 钻杆 的倾 斜角 度。南京林业大学本科毕业设计第 9 页2.3挖 坑机 的钻 头2.3.1挖 坑机 钻头 的主 要类 型挖 坑 机 的 钻 头 是 挖 坑 机 的 主 要 工 作 部 件 ， 根 据 各 地 区 条 件 和 作 业 的 技 术 要 求 ， 分 为 整地 、 挖 坑 和 开 沟 三 大 类 。 螺 旋 式 钻 头 的 挖 坑 机 在 工 作 状 态 时 ， 土 壤 全 部 或 绝 大 部 分 从 坑 里 抛出 ， 该 形 式 主 要 用 于 建 筑 工 作 和 栽 植 作 业 上 。 而 整 地 用 的 挖 坑 机 在 工 作 状 态 时 ， 土 壤 不 出坑 ， 该 形 式 主 要 用 于 播 种 造 林 等 。 开 沟 用 的 挖 坑 机 在 工 作 状 态 时 ， 土 壤 是 从 一 侧 或 两 侧 抛出 。本 设计 选用 螺旋 式钻 头 螺 旋式 钻头 主要 由钻 杆 1、 螺旋 翼片 2、 钻铧 （刀 片） 3和 钻尖 4组 成。 工作 时钻 头旋 转同 时 向 下 作 进 给 运 动 。 钻 尖 不 仅 起 挖 坑 机 工 作 时 的 定 心 作 用 ， 并 切 去 中 心 部 分 的 土 壤 ， 继 而按 一 定 轨 迹 排 列 的 刀 片 （ 或 钻 铧 ） 切 土 ， 刀 片 切 下 的 土 壤 沿 着 螺 旋 翼 片 上 升 ， 并 抛 至 坑 的 四周 ， 土 壤 出 坑 的 数 量 由 钻 头 螺 旋 部 分 长 度 决 定 。 如 果 钻 头 的 长 度 小 于 坑 的 深 度 ， 采 用 多 次 旋抛 土 壤 的 方 式 。 其 工 作 面 的 形 成 为 垂 直 与 钻 头 轴 线 的 直 线 段 ， 沿 着 圆 柱 体 上 划 出 的 导 向 螺 旋线 移 动 而 成 。 利 用 同 心 圆 柱 体 来 截 钻 头 的 表 面 ， 则 得 到 多 条 螺 旋 线 ， 其 螺 旋 升 角 随 着 圆 柱 体半 径的 减少 而增 加。 螺旋 形钻 头工 作面 不能 展开 成平 面。 螺 旋 形 钻 头 又 分 为 单 头 螺 旋 钻 头 和 多 头 螺 旋 钻 头 。 单 头 螺 旋 钻 头 工 作 时 消 耗 能 量 较 少 ，但 由 于 切 土 负 载 不 对 称 ， 因 此 工 作 稳 定 性 比 双 头 螺 旋 钻 头 差 。 为 了 克 服 上 述 存 在 的 缺 陷 ， 单头 螺 旋 钻 头 可 安 装 两 个 钻 铧 ， 按 径 向 对 称 布 置 。 一 般 小 型 悬 挂 式 挖 坑 机 和 手 提 式 挖 坑 机 采 用单 头 螺 旋 钻 头 。 多 头 螺 旋 钻 头 工 作 时 稳 定 性 较 好 ， 但 消 耗 能 量 较 大 ， 一 般 悬 挂 式 中 型 挖 坑 机常 用双 头螺 旋钻 头。 螺 旋型 钻头 挖坑 范围 很大 ，能 挖 H/D0=.5-16的 坑（ H-坑 的深 度； D0-坑 的直 径 ） 。3手 提式 挖坑 机的 设计3.1手 提式 挖坑 机的 工作 原理手 提 式 挖 坑 机 由 小 型 二 冲 程 汽 油 发 动 机 （ 2.-3.68Kw） 3、 离 合 器 4、 减 速 器 5、 钻 杆 及套 6、 安全 及保 护罩 7和 钻头 装置 8等 组成 。其 工作 原理 如下 ：由 发 动 机 通 过 离 合 器 、 减 速 器 而 驱 动 钻 头 作 旋 转 运 动 。 操 作 装 置 通 常 采 用 可 拆 卸 式 的 手柄 结构 。手 柄的 设计 要求 操作 灵敏 和便 于操 作发 动机 油门 开关 。南京林业大学本科毕业设计第 1 0 页图 1-手 提式 挖坑 机结 构示 意图1.油 箱 2.手 柄 3.发 动机 4.离 合器 5.减 速器 6.钻 杆及 套7.安 全保 护罩 8.钻 头装 置由 苏 联 研 制 的 手 提 式 块 状 整 地 机 ， 可 在 坡 度 为 30地 区 作 业 ， 在 块 状 整 地 的 同 时 其 中 心部 挖 出 植 树 的 坑 。 该 机 的 工 作 部 件 由 “ 友 谊 ” 或 “ 乌 拉 尔 ” 发 动 机 驱 动 。 工 作 部 件 是 螺 旋 形钻 头 8， 在 其 轴 杆 上 用 两 个 螺 栓 固 定 在 横 梁 5上 ， 其 横 轴 上 焊 有 带 两 个 水 平 刀 7的 主 柱 和 三个 垂 直 刀 6。 在 发 动 机 的 底 板 上 固 定 有 保 护 罩 9， 它 用 于 防 止 土 壤 的 抛 散 。 工 作 时 ， 松 土 刀 6切 断水 平方 向的 根系 并疏 松土 壤； 水平 刀 7用 于切 断垂 直根 系， 消灭 杂草 和逐 渐切 下土 层。南京林业大学本科毕业设计第 1 1 页图 1-手 提式 块状 整地 机结 构示 意图1.发 动机 2.减 速器 3.机 架 4.手 柄 5.横 梁 6.垂 直刀 7.水 平刀8.钻 头 9.保 护罩 10.平 整器该 型 机 具 可 以 同 时 实 现 两 种 作 业 ， 即 整 地 （ 面 积 直 径 为 0.5-0.5m） 并 在 块 状 地 面 中 心挖 出直 径为 0.2m、 深为 0.25m的 坑。为 了 使 该 机 具 可 以 自 走 ， 可 以 在 减 速 器 的 输 出 轴 上 装 升 降 轮 组 ， 当 机 具 到 达 作 业 地 点后 ，取 下轮 组再 换装 其钻 头。 3.2动 力选 择原 始数 据坑 径： 40m坑 深： 40m整 机重 量 15kg挖 坑效 率 120孔 /h挖 坑 的 动 力 消 耗 与 坑 径 、 坑 深 、 土 壤 硬 度 和 下 降 速 度 有 关 。 通 过 试 验 ， 手 提 式 挖 坑 机 配南京林业大学本科毕业设计第 1 2 页套 动力 应在 2.3.68kW之 间。3.螺 旋钻 头的 设计 与计 算手 提 式 挖 坑 机 钻 头 由 大 刀 翼 2， 小 刀 翼 4， 刀 体 3及 其 中 心 刃 1等 组 成 （ 图 1-7） 。 其大 、小 刀翼 的切 削面 磨成 20的 刀刃 ； ； 入土 角图 双 头螺 旋式 钻头 结构 示意 图1.钻 杆 2.螺 旋翼 片 3.钻 铧 4.钻 尖 5.钻 铧3.1螺 旋工 作面 的设 计1螺 旋的 外直 径 D根 据挖 坑直 径 D0确 定D=（ 0.94-0.95） D0=.95*40=380m2螺 旋长 度 H0应 大于 坑深 H=40m3螺 旋升 角 （ 外直 径处 ）导 程 h升 角 是 螺旋 线与 其轴 线垂 直平 面的 夹角南京林业大学本科毕业设计第 1 3 页导 程 h是 螺旋 线上 某一 点沿 螺旋 线围 绕其 轴线 旋转 一周 所移 动的 距离tg =h/ D 90-1-土 壤对 螺旋 面（ 钢） 的摩 擦角 ，通 常取 1=2-310， 取 1=250。 =arctgs/ D0s-钻 头每 转一 周的 进给 量 s取 40m， =1.820.手 提式 挖坑 机一 般取 =10-180.按 导程 计算手 提式 ： h=（ 0.5-0.9） D=0.6*380=28m =arctgh/ D=10.820 104螺 旋头 数一 般手 提式 挖坑 机用 单头 5钻 头的 转速3.2刀 片的 设计刀 片 也 称 钻 铲 或 钻 铧 ， 是 挖 坑 机 的 主 要 切 土 零 件 ， 也 是 工 作 中 最 易 磨 损 的 零 件 。 它 的 形 状 、 刀 口锋 利 程 度 、 耐 磨 性 以 及 磨 损 规 律 ， 对 挖 坑 机 的 阻 力 矩 、 生 产 率 都 有 很 大 影 响 。 因 此 ， 要 求 在 保 证 足 够强 度和 冲击 韧性 的条 件下 ，提 高刀 片的 耐磨 性。常 用 的 刀 片 有 以 下 三 种 ： 见 图 ， 双 刃 矩 形 ， 梯 形 和 三 角 形 。 双 刃 矩 形 刀 片 一 面 磨 损 之 后 ， 可 以 掉 头 使用 ，梯 形刀 片入 土性 能较 好， 阻力 小； 三角 形刀 片适 用于 松软 土壤 。 试 验指 出， 钻头 的刀 片磨 损多 在外 缘， 因为 离开 钻轴 中心 越远 ，刀 刃转 过的 路程 越长 ，因 此钻 头刀 片 的 外 缘 磨 损 快 。 为 了 延 长 刀 片 的 适 用 寿 命 ， 在 易 磨 损 处 将 刀 片 加 宽 形 成 凿 形 刀 片 ， 或 制 成 局 部 加厚 的刀 片。 由 于钻 头工 作时 既有 旋转 运动 又有 进给 运动 ，刀 片的 实际 后角 应 由刀 片该 店的 运动 方向 和刀 片后 平面 之间 的夹 角来 测量 。刀 片上 各点 的 随 着离 钻杆 距 离增 大而 增大 。只 有 当 0时 ， 钻 头 才 能 入 土 。 当 值 不 大 时 ， 刀 片 很 快 形 成 宽 的 背 棱 ， 入 土 所 需 的 力 矩 和 阻力 急 剧 增 加 ， 因 此 ， 可 适 当 增 大 名 义 后 角0， 以 达 到 增 加 实 际 后 角 。 名 义 后 角 0在 004525时 入南京林业大学本科毕业设计第 1 4 页土 力 矩 和 阻 力 均 较 小 。 前 角 过 大 和 过 小 入 土 力 矩 和 入 土 阻 力 均 增 加 。 名 义 前 角 0在 045时 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钢 或 65Mn钢 ， 刃 部 淬 火 区 为25-35毫 米 ， 硬 度 HRC46-0， 非 淬 火 区 硬 度 不 大 于 HRC3。 刀 片 用 沉 头 方 颈 螺 钉 安 装 于 刀 座 上 ， 刀 座通 常 以 钢 板 焊 接 在 螺 旋 工 作 面 背 面 ， 刀 片 与 螺 旋 面 的 接 缝 处 应 密 合 平 整 ， 不 允 许 螺 旋 面 高 出 刀 片 而 增大 切 削 阻 力 。 对 于 直 径 30毫 米 以 下 的 钻 头 ， 尤 其 是 手 提 式 挖 坑 机 可 以 用 单 头 螺 旋 ， 这 样 消 耗 扭 矩小 。但 是为 了使 受力 平衡 ，一 般也 要对 称地 装两 个刀 片， 因此 这种 结构 需要 两个 刀座 。 3.3钻 尖的 设计钻 尖 也 称 定 位 尖 ， 它 一 般 用 螺 钉 连 接 在 钻 尖 的 拖 柄 上 ， 钻 尖 的 型 式 有 平 面 三 角 形 、 平 面 分 叉 型 、锥 形小 螺旋 型和 平面 三尖 型。 实 践 证 明 ， 分 叉 型 钻 尖 入 土 阻 力 最 小 ， 锥 形 小 螺 旋 最 大 ， 三 角 型 次 之 。 定 位 性 能 以 锥 形 小 螺 旋 最好 。 一 般 中 型 挖 坑 机 （ 钻 头 重 量 在 150kg左 右 ） 的 钻 头 ， 应 选 用 分 叉 型 钻 尖 ， 而 对 于 大 型 的 挖 坑 机 的钻 头（ 重在 250kg左 右 ） ， 为防 止钻 头过 重和 入土 过快 （靠 自重 入土 的挖 坑机 ）应 选用 三角 形钻 尖。 对于 钻 深 坑 的 挖 坑 机 钻 头 选 用 平 面 三 尖 型 的 钻 尖 更 合 适 。 另 一 方 面 钻 铧 的 切 削 刃 与 钻 尖 之 间 的 距 离 H2越大 ， 钻 尖 的 迴 转 直 径 D1（ 取 0.1-0.16m） 越 小 ， 那 么 它 的 对 中 性 越 好 。 但 是 随 着 H2的 增 加 ， 钻 尖 入 土所 需的 丽也 增加 ，土 壤从 钻头 表面 排出 也更 困难 。此 距采 用如 下范 围较 合理0.9D1H21.2D13.4离 合器 的设 计1.设 计背 景离 心离 合器 由于 有固 定的 结合 转数 和过 载保 护功 能而 被广 泛应 用于 油锯 、割 灌机 、风 力灭 火机 、无 变 速 器 等 机 具 的 传 动 中 ， 它 对 保 护 操 作 者 和 机 具 过 载 时 的 安 全 是 十 分 重 要 的 。 滑 块 离 心 式 离 合 器 结构 简单 、紧 凑、 它是 由主 动盘 、摩 擦块 、压 缩弹 簧和 被动 盘组 成的 。2.设 计目 的 通 过 本 课 程 设 计 ， 掌 握 滑 块 离 心 式 摩 擦 离 合 器 的 设 计 方 法 、 步 骤 ， 进 一 步 了 解 离 合 器 的 工 作 状 况南京林业大学本科毕业设计第 1 5 页和 性能 ，提 高机 械产 品的 设计 能力 3.设 计参 数 原 始数 据：离 合器 配用 的发 动机 型号 1E40F离 心块 数量 ： 4摩 擦表 面： 石 棉 45钢1E40F汽 油发 动机 的外 特性 曲线 参数发 动 机 型 号 怠 速(rpm)最 高转 速 （ rpm） 额 定 功 率/转速 (kw/rpm)最 大 输 出 扭 矩 /转 速(N.m/rpm)输 出 轴 直 径(m)输 出 轴 连 接 形 式 允 许 离 合 器 外 经 (m)允 许 离 合 器 高 度 (m)离 合 器 离 心 块 与 被 动 盘 间隙1E40F21080 2.97/5205.93/440 144花 键 80m 24m1m4 具体 设计 步骤 ：1） .确 定总 体设 计方 案由 于 滑 块 为 四 块 ， 而 离 合 器 允 许 外 径 偏 小 ， 考 虑 到 便 于 布 置 零 件 ， 故 采 用 压 缩 弹 簧 的 形 式 ， 离心 块 与 被 动 盘 间 隙 取 为 1m， 满 足 要 求 且 便 于 计 算 。 滑 块 离 心 式 摩 擦 离 合 器 主 要 用 于 草 坪 机 械 ， 假 定南京林业大学本科毕业设计第 1 6 页以 皮带 轮作 为输 出结 构。 2） .确 定离 合器 需要 传递 的扭 矩：由 m93.5em ax =NM ， b 1 扭 矩储 备系 数这 里 取 2.1=。 发 动机 最大 输出 扭矩 （ Nm）故 116.793.52.1em axf =MM N.m3） .初 定结 合转 速： 因 结合 转速 ( )12 n45.125.1n这 里系 数取 12 n25.1n=， 由发 动机 怠速m in/r2100n1= 得 m in/r2625n2=计 算得4） .确 定离 合器 结构 形式由 初始 给定 数据 条件 ，离 心块 数量 为 4， 即 Z=4；确 定 被 动 盘 直 径 D=10m,壁 厚 取 2m， 离 合 器 离 心 块 与 被 动 盘 间 隙 ， 因 摩 擦 配 合 为 石 棉 石 棉 ，石 棉厚 度取 为 3m， 则被 动盘 半径 R=50-23-1=4m；由 离心 块质 心半 径选 取范 围 ， 再结 合初 步确 定的 离心 块结 构和 形状 ，初 步选 r=20m；离 心 块 与 被 动 盘 材 料 均 选 45号 钢 ， 由 于 摩 擦 配 合 为 石 棉 45钢 ， 故 离 心 块 结 合 面 贴 一 层 石 棉 ，摩 擦系 数 f选 为 0.8-0.12.5） .初 定离 心块 质量 离 心块 质量 须满 足两 个条 件： 结 合转 速 n2时 22n rm =PP式 中： P2 结 合转 速 n2时 离心 块产 生的 离心 力；Pn 弹 簧对 离心 块张 紧力 的径 向分 力；南京林业大学本科毕业设计第 1 7 页 2 结 合转 速 n2时 的角 速度 。 传 递最 大扭 矩 Mf时( )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 发 动机 最大 扭矩 Mf时 的转 速； 4 发 动机 最大 扭矩 Mf时 的角 速度 ；f 离 心 块 与 被 动 盘 内 表 面 的 摩 擦 系 数 （ 钢 对 钢 ： f 0.15； 钢 对 石 棉 ： f 0.30； 石 棉 对 石棉 ： f 0.36 0.50， 这里 取 0.15）由 发动 机外 特性 参数 ： 代 入其 他数 据： R=31m， Z=2， f=0.5， =7.16N.M， r=20m， 计算 得 m=0.3kg。6） .计 算弹 簧在 各个 工况 下受 力结 合转 速时 ： NPP 4469.612602100102503256.0 23-n2 = 怠 速时 弹簧 压缩 力： NP 326.392602100102503256.0 231 = 7） 验证 离合 器高 度 ()d21h=因 离合 器允 许高 度为 20m， 而 h取 值范 围为 （ 12） d；选 定滑 块结 构为 扇形 ，包 角 ， 中间 挖空 一定 尺寸 放置 弹簧 与螺 栓， 则由 vm =， 列方 程得南京林业大学本科毕业设计第 1 8 页31材 料为 45钢 ，故 这里解 得 ，h24m。 故离 合器 高度 满足 要求 。8） 滑块 的质 心验 算由 扇形 形心 计算 公式 ： ， 设计 滑块 ； 120再 由组 合图 形的 形心 计算 公式 ： ， 计算 得滑 块质 心约 为 19m；验 算结 合转 速 ， 与理 论计 算值 相 差不 大， 故初 选质 心符 合要 求。9） 弹簧 的设 计计 算 计 算弹 簧刚 度由 ： 怠 速时 弹簧 所受 压力 ： 。 140.25N结 合时 弹簧 最大 工作 压力 ： 。 23.52N由 胡克 定律 ： ，计 算得 83.295故 弹簧 初始 压缩 量为 1.68m 选 择与 验算 弹簧 具体 参数弹 簧材 料选 碳 素钢 丝， 初选 弹簧 指数 C=5， 中径 ， 查表 得 K=1.31估 算簧 丝直 径 d=D/C=1.6m， 查表 得 ，簧 丝直 径：计 算得 d=1.72m根 据标 准圆 整为 d=1.8m工 作圈 数 ： 由 ， 而 =1+.78=2.78m南京林业大学本科毕业设计第 1 9 页计 算得 ， 圆整 为 3.5总 圈数 n： 弹簧 选择 冷卷 ，则 总圈 数 n=2+3.5=.5工 作极 限载 荷：工 作极 限载 荷下 的变 形： 余 隙： =0.1d=0.18m节 距： t=（ 0.30.5） 取 为 3.6m中 径： =Cd=9m外 径： =10.8m内 径： =7.2m自 由高 度： =16.3m， 根据 标准 圆整 为 18m螺 纹升 角： ， 在 之 间， 符合 使用 条件展 开长 度： =15m验 算稳 定性 ： =3.7， 故 C值 符合 要求疲 劳强 度校 核： =653弹 簧满 足条 件， 可用 。1） 花键 的选 择和 校核已 知发 动机 的额 定功 率 P=2.97KW， 额定 转速 n=520r/min；由 初始 数据 ，选 取矩 形花 键， 轻系 列键 的输 入端 为发 动机 输出 轴， 输出 端为 离合 器， 花键 结合 长度 取 l=86m工 作齿 高： =（ D-d） /2-C=1m。材 料取 低碳 合金 钢， 表面 渗碳 淬火 ，表 面硬 度为 5864HRC。此 矩形 花键 如下 图：花 键联 接的 挤压 强度 和耐 磨性 校核 公式 ：南京林业大学本科毕业设计第 2 0 页T 输 入转 矩， N.M 各 齿间 载荷 分布 不均 匀系 数， 通常 取 0.70.8；Z 齿 数；h 齿 的工 作高 度；l 花 键的 工作 长度 ； 平 均直 径。由 T=950P/n=5.40N.M， 取 0.7， Z=4， h=1m， l=86m， =16m计 算得 =2.80MPa。查 表得 此花 键联 接的 许用 比压 =3060MPa， 即 p。故 此花 键联 接安 全。 12） 轴承 的选 取与 校核由 输出 轴直 径与 轴所 受的 载荷 ，初 选轴 承为 GB/T29 194704AC角 接触 球轴 承，主 要尺 寸为 d=2m， D=4m， B=12m由 于轴 承所 受的 最大 径向 力 =126.8N，轴 向力 主要 为轴 的轴 向窜 动， 可认 为 ， 故 =126.8N。由 机械 的工 作情 况查 表可 得 轴 承在 此离 合器 中寿 命为 4080h而 由：n取 最高 转速 80r/min， =
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