小型挖坑机的设计论文.pdf

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，