植树挖坑机的设计.pdf

植 树 挖 坑 机 的 设 计蒋 泉 山（ 大 同 市 农 机 局 ， 山 西 大 同 !#!$）摘 要 ： 通 过 对 挖 坑 机 设 计 试 验 和 生 产 的 综 合 分 析 ， 阐 述 了 提 升 机 构 、 传 动 装 置 （ 齿 轮 箱 、 安 全 离 合 器 ， 传 动 轴 ）和 螺 旋 叶 片 的 结 构 形 式 、 技 术 参 数 和 工 作 特 性 以 及 动 力 匹 配 ， 为 结 构 设 计 提 供 参 考 。关 键 词 ： 挖 坑 机 ； 设 计 ； 结 构 ； 参 数中 图 分 类 号 ： S 7 7 6 . 2 6 文 献 标 识 码 ： ! 文 章 编 号 ： 1 0 0 1 - 4 4 6 2（ 2 0 0 6 ） 0 5 - 0 0 2 4 - 0 2!# $%&() *+, !,% -./)0)( 12,03,.:/);&/)（ %&()* +*,-./0/,1 2&,4 5/,1&/6 73&)8- %&()* !#!$6 93-)&）!#$%&$： +.(,:-)* ( .(;1 &)&04=-)* 31 :1=-*)6 1= &): -:1:D()* +,%-#： 1&,3 :,:1=-*)； =,/./,1； 期 第 0? 卷!左 端 两 孔 与 约 束 在 曲 线 槽 内 由 转 动 销 连 接 ， 因 此 ， 主 臂摆 动 带 动 杆 !和 杆 !#另 两 端 $、 % 点 既 做 轴 线 方 向 移动 ， 又 做 沿 曲 线 槽 的 摆 动 ， 曲 线 槽 和 直 线 槽 共 同 的 约 束使 $、 % 两 点 保 证 在 主 臂 摆 动 过 程 中 始 终 保 持 在 一 条 固定 的 垂 线 上 。曲 线 方 程 ： !&(!其 中 ： ) 为 挖 头 与 拖 拉 机 上 悬 挂 点 连 接 孔 的 重 直 距离 ， 杆 长 !*!+*!,。设 计 参 考 ： 配 套 -./0 拖 拉 机 ， 挖 头 提 升 幅 度 为1.)!+3.! )4 1 为 宜 ， )!#5.#6!6+.$， 主 臂 提 升 角 77!54$。机 构 分 析 见 林 业 机 械 与 木 工 设 备 #. 第 %期 。! 动 力 选 择挖 坑 的 动 力 消 耗 与 坑 径 、 坑 深 、 土 壤 硬 度 和 下 降 速度 有 关 。 通 过 试 验 ， 坑 径
.坑 深 #3. 套 动 力 应 在 #.(-./0 之 间 。 动 力 小 则 效 率 低 ， 动 力 过大 ， 不 仅 大 马 拉 小 车 ， 经 济 性 差 ， 而 且 会 因 突 然 冲 击 负荷 而 造 成 工 作 部 件 和 主 机 的 损 坏 。 配 套 铁 牛 !44 拖 拉 机生 产 性 考 核 试 验 结 果 表 明 ， 坑 径 8*3.坑 深 *+. ， 主 机 工 作 平 稳 ， 生 产 效 率 可 达 #-. 坑 9:， 每坑 净 挖 坑 时 间 只 需 几 秒 ， 该 机 各 种 性 能 为 国 内 最 佳 。 传 动 设 计-;+ 安 全 装 置 设 计挖 坑 机 工 作 环 境 的 多 样 性 和 突 变 性 决 定 其 必 须 配备 安 全 装 置 ， 否 则 ， 在 遇 到 突 然 大 冲 击 负 荷 情 况 下 ， 就会 造 成 挖 头 和 主 机 动 力 输 出 轴 损 坏 。 安 全 装 置 设 计 要求 反 应 灵 活 ， 安 全 可 靠 ， 在 突 然 大 冲 击 负 荷 下 ， 主 机 动力 与 挖 头 应 能 安 全 分 离 。 坑 径 和 坑 深 为 3. ， 主 机 动 力 为 -./0， 采 用 标 准 齿 垫 ， 用 六 杆双 层 弹 簧 连 接 来 压 缩 齿 垫 ， 弹 簧 压 力 适 度 ， 在 突 然 冲 击负 荷 下 齿 垫 可 实 现 打 滑 分 离 ， 保 证 主 机 安 全 ， 见 图 5。为 了 保 证 传 动 的 稳 定 性 ， 安 全 装 置 设 计 应 尽 量 靠近 变 速 箱 一 侧 。设 计 参 考 ： 齿 垫 外 径 8*3.(+.齿 高 :*+ 用 内 外 双 层 弹 簧 ， 外 层 弹 簧 稍 大 于 内 层 ， 弹 簧 压 力 在静 止 状 态 下 调 整 到 许 用 扭 矩 状 态 下 。-;, 变 速 齿 轮 设 计当 挖 头 直 径 8#3.、 长 度 )*+. ， 转 速 在+4.(+3. 为 宜 ， 齿 轮 模 数 2*?。 接 触 长 度 为 通 过 试 验 ， 其 强 度 、 耐 磨 性 和 工 作 的 可 靠 性 都 可 满足 要 求 ， 而 模 数 261 时 ， 磨 损 严 重 。绝 大 多 数 机 型 大 齿 轮 轴 的 固 定 采 用 悬 臂 式 。 试 验证 明 ， 该 结 构 在 挖 头 直 径 81.坑 深 A3. 齿 轮 工 作 摆 动 很 大 ， 导 致 啮 合 状 态 不 良 ， 加 速 磨 损 。因 此 大 齿 轮 轴 的 设 计 一 定 要 采 用 两 端 固 定 的 结 构 ， 见图 -。设 计 参 考 ： 从 经 济 性 、 可 靠 性 、 适 用 性 方 面 最 好 选用 东 方 红 B?4 型 拖 拉 机 中 央 传 动 的 大 小 螺 旋 锥 齿 轮 ， 其弯 曲 强 度 、 接 触 强 度 都 满 足 设 计 要 求 。（ 下 转 第 ! 页 ）#$# 年 第 $ 期第 !% 卷!林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备设 计 计 算#$%&#$#%#图 & 三 点 悬 挂 机 构 示 意 图#+*#主 臂销 轴水 平 线*()!图 ! 垂 直 线 提 升 机 构 示 意 图图 传 动 部 分 安 全 装 置图 ! 应 力 分 布 图可 以 看 出 ， 连 杆 螺 栓 头 部 与 杆 部 过 渡 圆 弧 处 应 力最 大 ， 故 从 此 处 提 取 应 力 值 较 大 的 数 点 进 行 疲 劳 寿 命计 算 !。 计 算 结 果 表 明 ， 当 理 想 循 环 次 数 为 !#$次 时 ，其 耗 用 寿 命 系 数 为 !， 即 实 际 可 循 环 的 次 数 为 #$次 。这 与 试 验 结 果 完 全 一 致 。 由 此 验 证 了 有 限 元 模 型 的 正确 性 和 计 算 结 果 的 可 靠 性 。%& 滚 压 力 的 确 定 和 试 验 验 证由 于 只 是 对 连 杆 螺 栓 进 行 工 艺 上 的 改 进 ， 所 以 其有 限 元 模 型 和 约 束 条 件 都 不 变 ， 只 是 在 原 连 杆 螺 栓 所承 受 的 载 荷 基 础 上 多 加 了 一 个 法 向 滚 压 力 ， 具 体 的 疲劳 寿 命 分 析 步 骤 同 上 。通 过 多 次 尝 试 和 计 算 ， 最 后 得 出 当 滚 压 力 为 #()时 ， 连 杆 螺 栓 的 耗 用 寿 命 系 数 为 #&*。 该 值 小 于 ， 表 明 在经 受 给 定 的 应 力 循 环 次 数 !#$次 后 ， 连 杆 螺 栓 不 会 发 生疲 劳 破 坏 。 为 验 证 计 算 结 果 的 正 确 性 和 实 用 性 ， 对 #只 局部 滚 压 过 的 连 杆 螺 栓 进 行 了 疲 劳 试 验 ， 结 果 全 部 合 格 。! 结 论!通 过 分 析 +,-./ 连 杆 螺 栓 疲 劳 试 验 的 结 果 ， 提出 了 工 艺 改 进 方 案 ， 即 对 连 杆 螺 栓 头 部 与 杆 部 过 渡 圆弧 处 进 行 局 部 滚 压 ， 以 提 高 连 杆 螺 栓 的 疲 劳 寿 命 。经 对 该 连 杆 螺 栓 进 行 有 限 元 分 析 ， 确 定 出 了 滚 压力 的 大 小 ， 即 当 滚 压 力 为 #() 时 ， 该 连 杆 螺 栓 就 能 满足 疲 劳 寿 命 要 求 ， 不 会 出 现 早 期 的 疲 劳 断 裂 现 象 ， 并 通过 疲 劳 试 验 予 以 证 明 。参 考 文 献 ： # 樊 跃 进 & 连 杆 螺 栓 设 计 方 法 的 改 进 $ &柴 油 机 ， 00*，（ $） ： *1%& % 黄 乃 强 & 金 属 塑 性 变 形 应 力 &应 变 的 有 限 元 分 析 / & 北 京 ： 冶 金工 业 出 版 社 ， 0*& 霍 福 祥 & 螺 栓 头 部 过 渡 圆 角 应 力 状 态 的 有 限 元 分 析 $ & 汽 车 工艺 与 材 料 ， 000，（ 2） ： 313& ( 田 杰 ， 商 高 高 ， 周 建 兵 ， 等 & 高 强 度 连 杆 螺 栓 的 疲 劳 寿 命 分 析 $ & 南 京 林 业 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） ， #!， 0（ !） ： 22&20& ! 龚 曙 光 & 4)+5+ 工 程 应 用 实 例 解 析 / & 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ，#%&林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林林业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机机械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械械与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木木工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工工设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设设备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备备设 计 计 算! 年 第 # 期 第 #! 卷!（ 上 接 第 $% 页 ）!3&% 传 动 套 管 和 伸 缩 方 轴 设 计套 管 轴 选 用 3! 钢 ， 空 心 管 材 6)#72#88)$88， 伸缩 方 轴 材 料 为 3! 钢 ， 加 工 后 截 面 388)388。 在 安 全离 合 器 许 用 的 传 动 扭 矩 条 件 下 ， 其 剪 切 强 度 如 下 ：!传 动 套 管 ：!套*0!#)#%)!9#$7*&3/:; !伸 缩 方 轴 ：!轴*0!#)#%)%9&$732/:; !$ 挖 头 设 计挖 头 挖 坑 时 ， 切 土 、 螺 旋 提 升 和 抛 土 过 程 虽 然 简单 ， 但 其 力 学 摸 型 及 计 算 十 分 复 杂 ， 而 且 结 果 定 量 的 指导 性 很 差 。 当 挖 头 为 螺 旋 式 、 叶 片 内 径 （ 即 中 心 管 ） 67*#88、 叶 片 外 径 *#88、 坑 深 #88 时 ， 宜 采 用 单 头式 ， 左 旋 ， 导 程 为 $#88， 外 径 切 土 入 土 角 $外7&!+， 内径 切 土 入 土 角 $内7 $3+