手扶式挖坑機設(shè)計

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任務(wù)書.doc

基本參數(shù)和切削土壤狀態(tài)圖.dwg

開溝機.dwg

開溝機簡圖.dwg

手扶式挖坑機設(shè)計論文.doc

鏈傳動組成圖.dwg

鏈條.dwg

手扶式挖坑機

目錄

1緒論 1

1.1 國內(nèi)外挖坑機的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1

1.1.1我國挖坑機發(fā)展 1

1.1.2 國外挖坑機發(fā)展 5

1.1.3在海底挖坑機的用途 7

1.2 鏈式挖坑機的研究現(xiàn)狀 7

1.3 本論文研究意義 9

2鏈傳動概述及鏈刀式挖坑機設(shè)計的初步理論 10

2.1 鏈傳動概述 10

2.1.1 鏈傳動基本原理 11

2.1.2鏈傳動的特點 12

2.1.3鏈傳動的應(yīng)用 14

2.2 鏈傳動的失效分析 15

2.3 挖坑機設(shè)計的初步理論 16

2.3.1土壤的主要物理力學性質(zhì) 16

2.3.2土壤工作部件力學 18

2.3.3小結(jié)切割過程的分土壤切削阻力分析 19

3鏈刀式挖坑機工作部件的設(shè)計 20

3.1  挖坑機的工作原理 20

3.2 鏈式挖坑機的特點 22

3.3 工作部件基本參數(shù)的選擇 22

3.4 工作部件切削土壤的力 27

3.5 發(fā)動機功率的確定和底盤的選擇 28

3.6 鏈刀式挖坑機的整體參數(shù)計算與確定 31

3.7耕地器的結(jié)構(gòu) 32

3.7.1耕地器的結(jié)構(gòu)分析 32

3.7.2 耕地器的工作原理 33

4結(jié)論與展望 34

4.1結(jié)論 34

4.2觀察研究后根據(jù)鏈式挖坑機的傳動環(huán)境與切削的分析提出見解 34

4.2.1 根據(jù)土壤介質(zhì)鏈傳動的特點提出見解 34

4.2.2 土壤質(zhì)地、濕度、硬度對土壤介質(zhì)鏈傳動的影響 35

4.2.3 研究后對耕地鏈傳動的切削分析 35

4.2.4根據(jù)分析改進耕地鏈傳動的方式為逆時針切削方式 36

4.3寫論文的感受 36

參考文獻 38

致謝 39

1 緒論

1.1 國內(nèi)外挖坑機的發(fā)展及研究現(xiàn)狀

挖坑機的歷史悠久，早期的犁鏵工具[1]就是挖坑機的雛形，只不過沒有動力驅(qū)動。到了上世紀 50 年代開始，伴隨著機械化的普及，而且在一些相關(guān)的部件和結(jié)構(gòu)原理沒有成型和系統(tǒng)的研究戰(zhàn)后的發(fā)達國家開始使用機械挖坑機進行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè)，大大提高了勞動生產(chǎn)率?，F(xiàn)在隨著技術(shù)的不斷進步和日益增多的工作要求，耕地設(shè)備的研究走進了一個新的時代，較為成型的耕地設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但國內(nèi)的挖坑機的研究和使用起步比較晚。到了60 年代，旋轉(zhuǎn)式挖坑機[2]已發(fā)展成為一種先進的連續(xù)挖土機械。適宜開挖梯形截面的農(nóng)用溝渠。由于它牽引阻力小，能均勻散耕地內(nèi)土壤，工作效率高，因而獲得迅速的發(fā)展和廣泛的使用。挖坑機在歐洲、美洲各發(fā)達國家和亞洲的日本等國廣泛的應(yīng)用在土方施工領(lǐng)域，僅美國年需求量就達數(shù)千臺。挖坑機發(fā)達的國家主要有德國、意大利、美國、俄羅斯和日本等國。前蘇聯(lián)、意大利、法國和西德等國都有不同型號的系列產(chǎn)品，有的遠銷國外。從 70 年代末期開始，以鏈式挖坑機的研究逐漸興起，到了 80 年代中期，美國等國已經(jīng)有了較為成型的鏈式耕地設(shè)備。隨著改革開放的不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)全面啟動，城市土方施工工程規(guī)模越來越大，各方面都面臨著巨大的挖溝工作量。經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，在挖坑機應(yīng)用方面，以其生產(chǎn)效率高，成本低，設(shè)備簡單，組裝方便，多為懸掛于農(nóng)用拖拉機后端的可拆卸設(shè)備而被廣泛應(yīng)用。其工作效率突出，且擴大了使用范圍，隨著電信事業(yè)廣播光纜的鋪設(shè)需要，鏈式挖坑機的使用更為廣泛，目前已經(jīng)在多個領(lǐng)域使用，比如，在狹窄的果園，以及在海底挖坑機也有了重要的應(yīng)用。

1.1.1我國挖坑機發(fā)展

我國挖坑機械起步較晚，經(jīng)歷了從犁鏵式挖坑機、圓盤式挖坑機、螺旋式挖坑機和鏈式挖坑機的四個發(fā)展歷程。在我國除極少數(shù)單位引進國外的連續(xù)式挖坑機外,國產(chǎn)挖坑機仍處于設(shè)計研發(fā)的初步階段。

首先，在上世紀50年代主要是犁鏵式挖坑機。這種挖坑機結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，零部件少，單位功率低，生產(chǎn)率高，作業(yè)成本低，耕地深度為30cm到80cm。主要缺點是機體笨重，牽引阻力大，犁鏵入土后，土垡隨翻土板曲面上升，翼板將土推向兩側(cè)，側(cè)壓板將溝壁壓緊，形成梯形斷面的溝[3]。

然后，到了上世紀70年代又出現(xiàn)了圓盤式挖坑機，它以兩個高速旋轉(zhuǎn)的銑削圓盤，圓盤周圍是銑刀，一般以75 馬力到100馬力拖拉機牽引工作，前進速度 50m/h到150m/h，應(yīng)用較廣，牽引阻力小，適應(yīng)性強，作業(yè)質(zhì)量好，但行走慢，傳動復(fù)雜，結(jié)構(gòu)龐大，制造工藝要求高，單位功率消耗大，生產(chǎn)率比犁鏵式耕地犁低，它的耕地斷面是上口寬溝底窄的倒梯形，配套動力要求選擇功率大而行駛速度低拖拉機。由黑龍江建設(shè)兵團三師十八團研制的單圓盤挖坑機簡圖[3]。

接著，上個世紀九十年代主要以螺旋挖坑機為主，江蘇省農(nóng)機局技術(shù)中心研制的1KLZ-27 型螺旋挖坑機采用立式螺旋耕地刀具，耕地部件為直接安裝在一根直立軸管上的兩組螺旋刀片，集立銑、周向提升、螺旋葉片慣性拋散等原理于一體，使耕地過程中的切削、提升、拋散一次完成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 1.1所示。該機工作時土塊呈條狀沿螺旋線導(dǎo)向兩面拋落，以圓錐對數(shù)螺線為基礎(chǔ)的立錐式刀具，增強了對不同區(qū)域、不同土質(zhì)的適應(yīng)性，刀片采用組合式結(jié)構(gòu)，刀柄、刀刃選用不同的材料，提高了使用壽命[4]。

粘附。因此當土壤含水量達到使土壤在塑性范圍內(nèi)時，土壤介質(zhì)中鏈傳動所需轉(zhuǎn)矩和所受阻力會越大[20]。

顯然，隨著土壤硬度的增加，鏈傳動所需轉(zhuǎn)矩和所受阻力會逐漸增大。

4.2.3 研究后對耕地鏈傳動的切削分析

（1） 切削區(qū)域的劃分

      觀察后得出，由于此鏈式挖坑機屬于后置鏈式挖坑機故整個耕地裝置與地面成一定的角度，因此工作狀態(tài)下的鏈條有一部分處在旋轉(zhuǎn)切削狀態(tài)，有一部分處在平動切削狀態(tài)，其旋轉(zhuǎn)切削區(qū)域 與平動切削區(qū)域。

（2）切削過程

     土壤的切削是一個很復(fù)雜的過程。土壤在鏈條刀具的壓力作用下受到擠壓和         剪切而開始變形，當壓力繼續(xù)增大，土體的原始結(jié)構(gòu)被破壞，土塊或土層便被切離。此時，產(chǎn)生了土體松散與擠壓兩個現(xiàn)象，土粒與土粒、土塊與土塊、土壤與鏈條刀具之間產(chǎn)生了摩擦而形成阻力。而切削刃阻力是切削刃插入土體，使土體剪切破壞而流動產(chǎn)生的反力。工程實踐觀察得出：土壤的破壞大多數(shù)是剪切破壞。這是因為土壤顆粒自身的強度遠大于顆粒間的連接強度，在外力作用下，土壤中的顆粒沿接觸面互相錯動而發(fā)生剪切破壞。當鏈條刀具與土壤接觸后,由于土壤具有一定強度,當切削力沒有達到土壤的強度極限時,土壤在切削力的作用下產(chǎn)生變形,同時切削力逐漸升高;當切削力達到土壤的強度極限后,土壤開始被破壞,切削力不再增加,當整個土塊被破壞后,切削力迅速下降。

4.2.4根據(jù)分析改進耕地鏈傳動的方式為逆時針切削方式

挖坑機多為后置式鏈式挖坑機，因此根據(jù)實際環(huán)境對耕地鏈的切削方式設(shè)計為逆時針切削，即鏈傳動軸的方向與作業(yè)行走輪旋轉(zhuǎn)方向相反，從下向上切削土壤，這樣可以表現(xiàn)出在作業(yè)性能上的很多優(yōu)越性。由于開始切削時土垡厚度較小，鏈傳動軸受力比較均勻、平穩(wěn)，逆切溝底不平度小，并由于減小了被切削垡塊的平均厚度，而提高了碎土的質(zhì)量，因此當碎土質(zhì)量要求相同時，逆切比正切的生產(chǎn)率要高。因此采用逆時針切削進行作業(yè)比較好。

4.3寫論文的感受

在國外，連續(xù)式挖溝機已經(jīng)使用的很普遍，地下公用設(shè)施施工都用專業(yè)挖溝機，很少使用單斗挖掘機。在我國除極少數(shù)的單位引進國外的連續(xù)式挖溝機外，國產(chǎn)挖溝機基本上是一片空白。

隨著改革開放的不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)全面啟動，城市土方施工工程規(guī)模越來越大，如基礎(chǔ)建設(shè)施工挖溝、電力輸送方面的電纜鋪設(shè)、有線電視，光纖通訊、天然氣和煤氣輸送、自來水供應(yīng)和電話等方面都面臨著巨大的挖溝工作量，通過研制適合我國土壤情況的挖坑機 ，可以提高挖溝的效率，避免人力和物力的浪費。我國的挖坑機械起步較晚。雖然國外一些發(fā)達國家擁有多種挖坑機械，但引進國外的耕地設(shè)備不僅成本高，維修也不方便。以往土地耕地這項巨大的工作完全靠人工挖掘，人工耕地勞動強度大、費用高，每人每天最多只能挖 15m 左右。目前人力成本也是逐漸昂貴起來，況且在荒郊野外施工，工人還要承受惡劣環(huán)境的折磨。因此，我們迫切的有必要對鏈式挖坑機進行研究開發(fā)，要求研發(fā)產(chǎn)品可提高效率，節(jié)省能源，減少耕地破壞地表面積，符合環(huán)保的國策，應(yīng)用前景廣闊，市場潛力大，對今后鏈式挖坑機的研究與發(fā)展具有重要而深遠的意義。從而還可以填補我國在挖溝機方面的空白。

展望現(xiàn)代科技進步和產(chǎn)品工藝性的大幅度提高，挖坑機及其相關(guān)技術(shù)有了更深入地研究。在未來挖坑機械發(fā)展中，相信大型化、專業(yè)化、環(huán)保型挖坑機會有進一步發(fā)展，尤其是機電一體化技術(shù)在挖坑機領(lǐng)域運用，使其有更為廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻

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致謝

本論文是在導(dǎo)師老師悉心指導(dǎo)下完成的。論文撰寫的每一步無不滲透著導(dǎo)師的心血和汗水，導(dǎo)師淵博的知識、豐富的經(jīng)驗，對科學的執(zhí)著追求、嚴謹?shù)闹螌W作風和開拓進取的拼搏精神，深深地激勵著我。導(dǎo)師高尚的人格和正值的人品也深深影響這我的人生道路。導(dǎo)師給了我很多的啟發(fā)，為論文的順利完成和我日后的工作學習打下了良好的基礎(chǔ)。在此，我對導(dǎo)師的精心培養(yǎng)和無微不至的關(guān)懷致以崇高的敬意和衷心的感謝！

此外，我衷心地感謝我的父母一直以來對我的關(guān)懷和鼓勵，無論在生活上還是在學習上都給我以最大的照顧，感謝他們在任何時候都對我充滿信任和支持。

最后，向所有曾經(jīng)給予我鼓勵和幫助的老師、同學和朋友，以及參考文獻的作者表示敬意。