手扶式挖坑机设计
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任务书.doc
基本参数和切削土壤状态图.dwg
开沟机.dwg
开沟机简图.dwg
手扶式挖坑机设计论文.doc
链传动组成图.dwg
链条.dwg
手扶式挖坑机
目录
1绪论 1
1.1 国内外挖坑机的发展及研究现状 1
1.1.1我国挖坑机发展 1
1.1.2 国外挖坑机发展 5
1.1.3在海底挖坑机的用途 7
1.2 链式挖坑机的研究现状 7
1.3 本论文研究意义 9
2链传动概述及链刀式挖坑机设计的初步理论 10
2.1 链传动概述 10
2.1.1 链传动基本原理 11
2.1.2链传动的特点 12
2.1.3链传动的应用 14
2.2 链传动的失效分析 15
2.3 挖坑机设计的初步理论 16
2.3.1土壤的主要物理力学性质 16
2.3.2土壤工作部件力学 18
2.3.3小结切割过程的分土壤切削阻力分析 19
3链刀式挖坑机工作部件的设计 20
3.1 挖坑机的工作原理 20
3.2 链式挖坑机的特点 22
3.3 工作部件基本参数的选择 22
3.4 工作部件切削土壤的力 27
3.5 发动机功率的确定和底盘的选择 28
3.6 链刀式挖坑机的整体参数计算与确定 31
3.7耕地器的结构 32
3.7.1耕地器的结构分析 32
3.7.2 耕地器的工作原理 33
4结论与展望 34
4.1结论 34
4.2观察研究后根据链式挖坑机的传动环境与切削的分析提出见解 34
4.2.1 根据土壤介质链传动的特点提出见解 34
4.2.2 土壤质地、湿度、硬度对土壤介质链传动的影响 35
4.2.3 研究后对耕地链传动的切削分析 35
4.2.4根据分析改进耕地链传动的方式为逆时针切削方式 36
4.3写论文的感受 36
参考文献 38
致谢 39
1 绪论
1.1 国内外挖坑机的发展及研究现状
挖坑机的历史悠久，早期的犁铧工具[1]就是挖坑机的雏形，只不过没有动力驱动。到了上世纪 50 年代开始，伴随着机械化的普及，而且在一些相关的部件和结构原理没有成型和系统的研究战后的发达国家开始使用机械挖坑机进行大范围的农耕化作业，大大提高了劳动生产率。现在随着技术的不断进步和日益增多的工作要求，耕地设备的研究走进了一个新的时代，较为成型的耕地设备不断涌现。但国内的挖坑机的研究和使用起步比较晚。到了60 年代，旋转式挖坑机[2]已发展成为一种先进的连续挖土机械。适宜开挖梯形截面的农用沟渠。由于它牵引阻力小，能均匀散耕地内土壤，工作效率高，因而获得迅速的发展和广泛的使用。挖坑机在欧洲、美洲各发达国家和亚洲的日本等国广泛的应用在土方施工领域，仅美国年需求量就达数千台。挖坑机发达的国家主要有德国、意大利、美国、俄罗斯和日本等国。前苏联、意大利、法国和西德等国都有不同型号的系列产品，有的远销国外。从 70 年代末期开始，以链式挖坑机的研究逐渐兴起，到了 80 年代中期，美国等国已经有了较为成型的链式耕地设备。随着改革开放的不断深入，生产建设全面启动，城市土方施工工程规模越来越大，各方面都面临着巨大的挖沟工作量。经过 40 多年的发展，在挖坑机应用方面，以其生产效率高，成本低，设备简单，组装方便，多为悬挂于农用拖拉机后端的可拆卸设备而被广泛应用。其工作效率突出，且扩大了使用范围，随着电信事业广播光缆的铺设需要，链式挖坑机的使用更为广泛，目前已经在多个领域使用，比如，在狭窄的果园，以及在海底挖坑机也有了重要的应用。
1.1.1我国挖坑机发展
我国挖坑机械起步较晚，经历了从犁铧式挖坑机、圆盘式挖坑机、螺旋式挖坑机和链式挖坑机的四个发展历程。在我国除极少数单位引进国外的连续式挖坑机外,国产挖坑机仍处于设计研发的初步阶段。
首先，在上世纪50年代主要是犁铧式挖坑机。这种挖坑机结构简单，工作可靠，零部件少，单位功率低，生产率高，作业成本低，耕地深度为30cm到80cm。主要缺点是机体笨重，牵引阻力大，犁铧入土后，土垡随翻土板曲面上升，翼板将土推向两侧，侧压板将沟壁压紧，形成梯形断面的沟[3]。
然后，到了上世纪70年代又出现了圆盘式挖坑机，它以两个高速旋转的铣削圆盘，圆盘周围是铣刀，一般以75 马力到100马力拖拉机牵引工作，前进速度 50m/h到150m/h，应用较广，牵引阻力小，适应性强，作业质量好，但行走慢，传动复杂，结构庞大，制造工艺要求高，单位功率消耗大，生产率比犁铧式耕地犁低，它的耕地断面是上口宽沟底窄的倒梯形，配套动力要求选择功率大而行驶速度低拖拉机。由黑龙江建设兵团三师十八团研制的单圆盘挖坑机简图[3]。
接着，上个世纪九十年代主要以螺旋挖坑机为主，江苏省农机局技术中心研制的1KLZ-27 型螺旋挖坑机采用立式螺旋耕地刀具，耕地部件为直接安装在一根直立轴管上的两组螺旋刀片，集立铣、周向提升、螺旋叶片惯性抛散等原理于一体，使耕地过程中的切削、提升、抛散一次完成，其结构简图如图 1.1所示。该机工作时土块呈条状沿螺旋线导向两面抛落，以圆锥对数螺线为基础的立锥式刀具，增强了对不同区域、不同土质的适应性，刀片采用组合式结构，刀柄、刀刃选用不同的材料，提高了使用寿命[4]。
粘附。因此当土壤含水量达到使土壤在塑性范围内时，土壤介质中链传动所需转矩和所受阻力会越大[20]。
显然，随着土壤硬度的增加，链传动所需转矩和所受阻力会逐渐增大。
4.2.3 研究后对耕地链传动的切削分析
（1） 切削区域的划分
观察后得出，由于此链式挖坑机属于后置链式挖坑机故整个耕地装置与地面成一定的角度，因此工作状态下的链条有一部分处在旋转切削状态，有一部分处在平动切削状态，其旋转切削区域 与平动切削区域。
（2）切削过程
土壤的切削是一个很复杂的过程。土壤在链条刀具的压力作用下受到挤压和 剪切而开始变形，当压力继续增大，土体的原始结构被破坏，土块或土层便被切离。此时，产生了土体松散与挤压两个现象，土粒与土粒、土块与土块、土壤与链条刀具之间产生了摩擦而形成阻力。而切削刃阻力是切削刃插入土体，使土体剪切破坏而流动产生的反力。工程实践观察得出：土壤的破坏大多数是剪切破坏。这是因为土壤颗粒自身的强度远大于颗粒间的连接强度，在外力作用下，土壤中的颗粒沿接触面互相错动而发生剪切破坏。当链条刀具与土壤接触后,由于土壤具有一定强度,当切削力没有达到土壤的强度极限时,土壤在切削力的作用下产生变形,同时切削力逐渐升高;当切削力达到土壤的强度极限后,土壤开始被破坏,切削力不再增加,当整个土块被破坏后,切削力迅速下降。
4.2.4根据分析改进耕地链传动的方式为逆时针切削方式
挖坑机多为后置式链式挖坑机，因此根据实际环境对耕地链的切削方式设计为逆时针切削，即链传动轴的方向与作业行走轮旋转方向相反，从下向上切削土壤，这样可以表现出在作业性能上的很多优越性。由于开始切削时土垡厚度较小，链传动轴受力比较均匀、平稳，逆切沟底不平度小，并由于减小了被切削垡块的平均厚度，而提高了碎土的质量，因此当碎土质量要求相同时，逆切比正切的生产率要高。因此采用逆时针切削进行作业比较好。
4.3写论文的感受
在国外，连续式挖沟机已经使用的很普遍，地下公用设施施工都用专业挖沟机，很少使用单斗挖掘机。在我国除极少数的单位引进国外的连续式挖沟机外，国产挖沟机基本上是一片空白。
随着改革开放的不断深入，生产建设全面启动，城市土方施工工程规模越来越大，如基础建设施工挖沟、电力输送方面的电缆铺设、有线电视，光纤通讯、天然气和煤气输送、自来水供应和电话等方面都面临着巨大的挖沟工作量，通过研制适合我国土壤情况的挖坑机 ，可以提高挖沟的效率，避免人力和物力的浪费。我国的挖坑机械起步较晚。虽然国外一些发达国家拥有多种挖坑机械，但引进国外的耕地设备不仅成本高，维修也不方便。以往土地耕地这项巨大的工作完全靠人工挖掘，人工耕地劳动强度大、费用高，每人每天最多只能挖 15m 左右。目前人力成本也是逐渐昂贵起来，况且在荒郊野外施工，工人还要承受恶劣环境的折磨。因此，我们迫切的有必要对链式挖坑机进行研究开发，要求研发产品可提高效率，节省能源，减少耕地破坏地表面积，符合环保的国策，应用前景广阔，市场潜力大，对今后链式挖坑机的研究与发展具有重要而深远的意义。从而还可以填补我国在挖沟机方面的空白。
展望现代科技进步和产品工艺性的大幅度提高，挖坑机及其相关技术有了更深入地研究。在未来挖坑机械发展中，相信大型化、专业化、环保型挖坑机会有进一步发展，尤其是机电一体化技术在挖坑机领域运用，使其有更为广阔的发展空间。
参考文献
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致谢
本论文是在导师老师悉心指导下完成的。论文撰写的每一步无不渗透着导师的心血和汗水，导师渊博的知识、丰富的经验，对科学的执着追求、严谨的治学作风和开拓进取的拼搏精神，深深地激励着我。导师高尚的人格和正值的人品也深深影响这我的人生道路。导师给了我很多的启发，为论文的顺利完成和我日后的工作学习打下了良好的基础。在此，我对导师的精心培养和无微不至的关怀致以崇高的敬意和衷心的感谢！
此外，我衷心地感谢我的父母一直以来对我的关怀和鼓励，无论在生活上还是在学习上都给我以最大的照顾，感谢他们在任何时候都对我充满信任和支持。
最后，向所有曾经给予我鼓励和帮助的老师、同学和朋友，以及参考文献的作者表示敬意。