植树挖坑机之挖掘机构的设计说明书.doc

- - - . -总结-摘要摘要现代新型挖坑机的研发主要向系列化、多功能和高性能方向开展。本植树挖坑机采用悬挂式与拖拉机三点悬挂式联接，即钻头在悬挂支臂的一端，支臂的另一端置于拖拉机悬挂支点上。本挖坑机主要是对传统的悬挂式植树挖坑机的传动局部和挖掘局部的改良。在主轴箱设计方面，合理的设计锥齿轮的传动比以及强度计算等。在总体设计方面，尽量简化挖坑机的构造，减少其零件数目，以降低本钱。对于双螺旋叶片设计，其直径由下往上逐渐减小，其螺旋夹角也由下往上逐渐减小，以防止钻头工作时与塘壁发生碰撞和摩擦等情况，提高了工作稳定性。关键词：关键词：挖坑机；悬挂；双螺旋叶片 - - - . -总结-AbstractAbstractModern research and development of new major development digging machine to the series, versatile and high-performance orientation. The tree planting digging machine adopts hanging type connection with a tractor three-point suspension that drill at one end of the suspension arm, the other end of the arm is placed on the tractor fulcrum.The main part of the digging machine to improve the traditional hanging tree planting and digging digging machine transmission parts. In headstock design, as well as the strength of the transmission ratio rational design bevel gear calculation. In terms of overall design, try to simplify the structure of digging machines, reducing its number of parts to reduce costs. For the double heli* blade design, its diameter decreases gradually upward from the lower its upward spiral angle also decreased from the ne*t, in order to avoid the pond wall collision occurred when the drill work and friction, etc., to improve the working stability.KeyKey words:words: Digging machine; Suspension; Double heli* leaves - - - . -总结-目录目录摘要摘要 I IABSTRACTABSTRACTII II前言前言 3 3第一章第一章 引言引言 4 41.1 本课题的设计意义 41.2 我国园林机械的介绍 41.3 国外开展概况及现状 51.3.1 国研究现状 51.3.2 国外研究现状 71.4 课题由来及设计条件 111.5 课题设计思路 11第二章第二章 总体方案设计总体方案设计 12122.1 挖坑机的设计要求 122.2 作业原理 132.3 挖穴机与拖拉机的联接 132.4 挖穴机的动力局部 142.5 挖坑机主要技术规格和根本技术参数 16第三章第三章 部件设计部件设计 17173.1 钻头的设计 173.2 双螺旋叶片的设计 183.3 螺旋轴的设计 18 - - - . -总结-3.4 减速器的设计 223.4.1 计算传动装置的运动和动力参数 233.4.2 传动零件的设计计算 24第四章第四章 设计计算设计计算 29294.1 动力分配计算 294.2 万向联轴器的选用计算 294.3 提升机构设计 304.4 齿轮轴 304.5 轴承的选用与计算 32第五章第五章 主要零件强度计算主要零件强度计算 35355.1 齿轮的校核计算 355.2 主轴的校核计算 39第六章第六章 挖坑机使用和使用中的考前须知挖坑机使用和使用中的考前须知 45456.1 挖坑机使用 456.2 使用中的考前须知 46第七章第七章 结论结论 4747参考文献参考文献 4848致致 4949 - - - . -总结-前言前言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 112.7 亿 m；除省外，全国人工林面积为 46666.7 万 m；人工林蓄积为 10.1 亿 m。从以上调查数字可以看出，全国森林覆盖率为 16.55%，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，把生态环境建立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立工程、退耕还林工程、积为26329.5 万hm；森林面积为 15894.1 万hm；速生丰产用材林基地建立工程等六大林业重点工程的制定和实施，表达了党中央、国务院对我国生态环境建立的高度重视，受到社会各界广泛关注，农民群众普遍欢送。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。因此，保护我国现有的原始森林生态系统以及恢复和重建我国退化森林生态系统，改善我国生态环境状况，提高我国森林覆盖率，必须开展大规模的造林工程。采用人工造林投入大，产出少，用工多，效率低，速度慢，劳动强度大，而采用机械化作业则可以提高工效，减轻劳动强度，保证作业质量，降低生产 本钱，提高经济效益，因此，进展机械化造林是必要的。要进展机械化造林作业就必须有大量与之配套的造林机械设备，植树挖坑机构造简单紧凑，体积小，重量轻，土地适应性强，对地形反响不敏感，工作可靠等突出优点而被广泛使用，尤其是在条件较差的采伐地，不平的砂石荒漠地，未开垦的多杂草灌木地和山地等特殊地貌的植树造林速度和质量。固研究高性能，低本钱，使用方便，适合我国国情的植树挖坑机是我们目前要解决的 - - - . -总结-问题。 - - - . -总结-第一章第一章 引言引言1.11.1 本课题的设计意义本课题的设计意义我设计的是一台植树挖穴机用于植树造林及其他的小型挖坑作业。现有的挖穴机多为手提式挖穴机，起工作效率不高，使用条件不便，稳定性能不太理想，因此，本课题设计的植树挖穴机要求工作稳定，工作效率高。随着地球环境的日益恶化，需要大量植树造林，改善环境，因此，研制经济高效的植树挖穴机将深受广阔人名群众的欢送。1.21.2 我国园林机械的介绍我国园林机械的介绍随着人们生活水平的不断提高，人们对于生活品质的要求越来越高，随之开展的就是城市的草坪业和绿化建立。要想拥有好的绿化建立，园林机械是必不可少的。像油锯、高枝锯、绿篱机、割草机、地钻、新型挖坑机械等等，都是不可或缺的。 但是，由于草坪业和城市绿化建立的迅猛开展，国的园林机械根本就跟不上这样的开展节奏。 我国目前园林机械主要存在着以下问题。 第一，园林机械的核心技术跟不上。园林机械技术的核心是发动机，国外进口的园林机械一般噪音小，节能性好，经久耐用，而我国的产品由于技术不过关，往往其发动机的噪声和耗油量都很大，还容易损坏，所以，相较之下，由于发动机档次的差距，很多国园林机械的生产商就选择了进口发动机，从而导致生产本钱增加，在市场竞争中处于不利位置。 第二，国产园林机械工作质量欠佳。国产园林机械在质量上与进口机械的差距 - - - . -总结-主要表现在：割草机在修剪之后，草皮上下不平；移植机切边不整齐，起草速度慢，连续工作能力差等。因此，虽然进口机价格高，但许多人愿意买。 第三，人们的消费观念还未改变。 然国产的园林机械在不断完善，相较之前的已经越来越好。但是，人们的观念还未转变，总认为进口的总比国产的好，即使价格要昂贵一点，仍旧愿意选择进口的。针对这三种制约我国园林机械开展的因素，面对进口园林机械强大的市场冲击，国生产企业没有坐以待毙，而是在努力抢占市场，树立自己的品牌。只不过由于受诸多因素的影响，园林机械国产化不可能一蹴而就。目前，一些国生产企业通过改良技术手段、树立企业形象等方式，提升自身水平，并正逐步被消费者所承受。我国园林机械产品正在向多样化、规模化、系列化方向开展。最初国生产企业生产的园林机械品种只限于移植机、割草机等少数高利润产品，而现在市场上各种用途的园林机械已是琳琅满目。专家预测，未来几年，国产园林机械将在国市场占据主动，并逐步打入国际市场。 按照使用场合分类，园林工具包括园艺工具和园林工具；按照使用对象分类，还能够分成家用工具和专业工具；按照动力不同，又分为引擎类和电动类，引擎类使用 2 冲程或 4 冲程发动机，本田或 BS 的是高端产品的首选；电动类又细分为交流类和直流类。 园艺工具主要有：园林剪刀、花卉工具园林花具，小套花具 。园林剪刀主要产品有高枝剪、整篱剪篱笆剪 、剪枝剪整枝剪、修枝剪 、多用剪、摘果剪、剪花剪、剪草剪等；田园组套花卉工具园林花具，小套花具包括花锹、花铲、花耙、花锄、花叉等等，具体有两头锄两头花锄 、平锄、平耙、三齿花锄、三齿花耙、锄耙、锄镐、大花铲、小花铲、三字花铲、一字花叉、六齿花耙等。 -. z.园林机具主要有：植树挖坑机、草坪修剪机、割灌割草机、绿篱修剪机、油锯、水泵、打孔机、起草皮机、打药机及各款园林工具。 随着国这几年城市建立的开展，城市绿化已经形成很大一个产业，日常的养护便依赖这些工具来完成。我们日常看见的大多是汽油机动力的园林工具，如植树挖坑机、割草机、修枝剪、打草机、修边机、割灌机等。1.31.3 国外开展概况及现状国外开展概况及现状 国研究现状中国挖坑机产业开展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业构造不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于兴旺工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。我国植树造林机具现状我国植树造林机械赴较晚，主要在南方为种植橡胶实现产业化，有为红-75、热特-25 型拖拉机配套的挖穴机，而北方地区为栽植果树和防护林，也研制了为中型轮式拖拉机如-50、神牛-25 型拖拉机配套的开沟机、挖穴机，这种机具既可以挖植树穴坑，也可以挖梯形沟槽用于果树施沟肥。对大面积的机械植树造林，多采用铧式系歹开沟机，如 1K-40、1K-50 和 1K-60 型开沟机。我国植树造林机械虽有多个品种，但由于栽种树苗多在山地、坡地，土质条件复杂，影响了机械的使用效果，根本上用人工挖坑栽苗，生产的挖穴机批量较小。近几年来，由于经济林的兴起以及国家为防治水土流失，退耕还林、种草种树已引起各有关部门的普遍重视，并加大了植树造林机械的投入，取得了良好的效果。在国，悬挂式挖坑机的生产和应用较为广泛，田丰农林机械厂、大丰机械、林 - - - . -总结-业福马机电设备公司及自治区农业机械研究所等10余家单位进展了研究、制造和销售。该类挖坑机通常具有较大的功率，机动性较强，能挖较大和较深的坑，大多应用于大面积植树造林，应用围也比拟广2。1) 蒙田丰农林机械厂生产的3WH-60 型悬挂式挖坑机如图1 所示，构造合理，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250600mm，深度0-1200mm，适用于平原、丘陵及沙地作业。2) 大丰机械厂生产的“大丰王系列挖坑机WKJ-60/70如图2 所示可与18.4k-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。图 1 3WH-60 型县挂式挖坑机图2 WKJ-60/70 挖坑机3) 林业福马机电设备公司生产的悬挂式挖坑机如图3 所示可与铁牛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。4) 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。如林业福马机电设备公司生产的3WS-2.8 型手提式挖坑机如图4 所示，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320mm500mm，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展挖坑或整地。图 3 悬挂式挖坑机图 4 3WS-2.8 型手提式挖坑机国的一些林业高等院校和科研院所也对挖坑机进展了一些研究分析，关于挖坑-. z.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，对挖坑机的一些构造参数确实定起到了指导作用，为国挖坑机的优化设计提供理了论支持。 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，每天可挖植树坑300-400个，实现了一机多用。日本生产的A-7型手提式挖坑机如图5a所示质量仅为7.0kg，采用H35D发动机；A 8D型挖坑机如图5b所示可挖坑径围为20-200mm。(a)A-7 型手提式挖坑机(b)A-80 挖坑机图5 日本生产的挖坑机英国生产的05H8300 型悬挂式挖坑机如图6所示和美国生产的悬挂式三钻头挖坑机如图7所示钻头之间的距离是可调节的既行距可调，适用于平原地区的大面积植树造林，工作效率很高2。图 6 英国产 05H8300 式挖坑机图 7 美国产悬挂式钻头挖坑机美国和加拿大生产的手提式挖坑机，发动机与钻头采用别离式，通过液压传动驱动钻头工作。美国生产的HYD-TB11H 型液压挖坑机如图9 所示质量为170kg，最大流量为22.7L/min，最大转速为141r/min，钻头最大扭矩349Nm。美国生产的MDL-5B 型挖坑机如图10 所示发动机采用动力为4.1kW 的BS Intek Pro - - - . -总结-OHV。图9 和图10 所示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1 个支点即轮子，使挖坑机的携带比拟方便，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，增加其平安性，并减轻了操作者的疲劳程度。图 9 美国产 HYD-TB11H 型液压挖坑机图 10 美国产 MDL-5B 型挖坑机挖穴机为了适应不同土壤、不同作业条件的要求，国外生产的不同动力配套的造林用挖穴机，有手提式、背负式、手扶拖拉机式和拖拉机式 4 种。A.手提式挖穴机，分为单人式与双人式。日本多用单人手提式，欧洲各国则多采用双人手提式。手提式挖穴机发动机的功率一般为 1.3-3.7kw，多采用油锯和割灌机的单缸风冷汽油发动机为动力。单人和双人手提式挖穴机发动机的转数经离心式离合器和减速箱，将转数降低到 100-200r/min，再传到挖穴钻头。由于减速比很大，多采用蜗轮蜗杆或摆线针轮行星传动机构，以便减少机器的质量。由于双人手提式挖穴机质量可以大一些，有的采用多段直齿轮减速机构。有的挖穴机为了使挖穴机钻头能自动地由地中拔出，在传动机构中装有逆转机构。国外所用的挖穴钻头多为螺旋片型，挖穴时自穴中向上排土的性能好，螺旋片型有单螺旋和双螺旋两种。山地造林时，挖穴的直径和深度为 25-30 厘米，因此多采用 1.5-2 个节距的螺旋片。为了提高螺旋片型挖穴机的切根性能，有的将螺旋边缘做成缺口状。国外所用挖穴机钻头的转数都不太高，以免将穴中的土壤甩得过远，一般周边速度为 3 米/秒左右，钻头转数为 200-300r/min。装有逆转机构的挖穴机在拔出钻头时，土壤会向相反方向旋转，不会从穴中抛出。手扶拖拉机式挖穴机的功率为 3.7-7.3kw，轮式拖拉机挖穴机的功率为 36.8-73.6kw。-. z.B.悬挂式挖穴机主要用于栽植大树苗时的挖穴作业，挖穴直径为 50-80 厘米，挖穴深度为 60 厘米，挖穴机悬挂在 25.7-58.8kw 拖拉机上。挖穴机由纵吊杆、带平安装置的万向传动轴、减速器和不同直径的挖穴钻头组成。减速器由一对直齿锥齿轮组成，更换不同直径的挖穴钻头时，要更换不同的锥齿轮，可换挖穴钻头有 3种，直径分别为 80、60、30 厘米。钻头由空心钻杆、叶片和切土刀片组成，钻杆下端有定心尖。工作时，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业，利用液压装置控制钻头升降。C.液压式挖穴机在兴旺国家已普遍推广。由于液压技术的普及推广，兴旺国家在挖穴机上已采用液压传动装置，主要用在液压输出能力较强的拖拉机或挖掘机的机型上，用液压泵驱动齿轮机构传动系统。DANUSER 液压挖穴机装有高效、转向密封性能好的液压马达，可调节机械链条与齿轮，使扭距增大 4 倍。采用液压驱动比用万向节套管传动更灵活方便，当遇到障碍物时能起到平安缓冲作用。1.41.4 课题由来及设计条件课题由来及设计条件A.设计容设计一台植树挖坑机用于植树造林。主要的设计容有：a)总体设计：设计总体方案。绘制挖坑总图；b)零部件设计：根据挖坑机总图，设计齿轮箱等传动机构；绘制传动轴、齿轮、齿轮箱体、钻头等零件图；有关计算、校核等。B.设计依据a)相配套的-50 型四轮拖拉机主要技术数据力输出轴转速：720r/min；540 r/min - - - . -总结-动力输出轴离地高度：645mmb)挖穴机技术参数挖穴直径：500mm挖穴深度：800mm钻头转速：150250r/min钻头形式：采用双螺旋叶片构造；工作效率：6090 坑塘/小时按 5 年寿命，每年工作 800 小时计。1.51.5 课题设计思路课题设计思路在开场该机设计前，参考比照了一系列已有的植树挖坑机，例如悬挂式挖坑机，手提式挖坑机，液压式挖坑机等，总结发现他们都要用到由一对齿轮传动组成的减速箱，而本课题采用的是悬挂式挖坑机的方式，一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式挖坑机，由悬挂架、带平安装置的万向传动轴、减速箱、双螺旋叶片型钻头等构成；悬挂架两端分别与拖拉机和减速箱铰合连接，双螺旋型钻头固定在减速箱的输出轴上；工作时，拖拉机的提升臂拖带悬挂架进展升降，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业；具有构造简单、作业质量好、效率高、移动及通过性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、施肥集水、埋设桩柱等作业。 - - - . -总结-第二章第二章 总体方案设计总体方案设计2.12.1 挖坑机的设计要求挖坑机的设计要求