南京林業大學本科畢業設計第 1 頁南 京林 業大 學本 科畢 業設 計（ 論文 ）題 目 ： 小型挖坑機的設計學 院 ： 南方學院專 業 ： 機械設計制造及其自動化學 號 ： N0 9 0 3 0 1 1 2 2學 生 姓 名 ： 徐蘇寧指 導 教 師 ： 周鳳芳職 稱 ： 講師二 O一 三 年 六 月 一 日南京林業大學本科畢業設計第 2 頁目錄目錄目錄目錄1引 言 .52方 案對 比與 結構 .52.1國 內外 研究 現狀 .52.挖 坑機 的構 造 .72.1挖 坑機 的工 作條 件 .72.2挖 坑機 的分 類 .72.3挖 坑機 的鉆 頭 .83手 提式 挖坑 機的 設計 .93.1手 提式 挖坑 機的 工作 原理 .93.2動 力選 擇 .13.螺 旋鉆 頭的 設計 和計 算 .123.1螺 旋工 作面 的設 計 .123.2刀 片的 設計 .123.3鉆 尖的 設計 .133.4離 合器 的設 計 .143.5減 速器 的設 計 .24發 展趨 勢 .324.1一 機多 能 .324.2人 機和 諧 .324.3應 用范 圍 .32參 考文 獻 .3南京林業大學本科畢業設計第 3 頁摘 要本 文介 紹了 手提 式挖 坑機 的相 關背 景、 國內 外研 究現 狀、 挖坑 機的 設計 要求 及其 類型 、工 作原理 、技 術性 能。 通過 對原 始數 據的 分析 比較 、方 案的 論證 以及 綜合 考慮 ，完 成了 手提 式挖 坑機 的總 體設 計。 在此 基礎 上對 手提 式挖 坑機 從結 構原 理、 動力 選擇 、 離合 器的 設計 、螺 旋鉆 頭的 設計 、減 速器設 計進 行闡 述 。 擺 線針 輪行 星減 速器 作為 重要 的機 械傳 動部 件具 有體 積小 、重 量輕 、傳 動效 率高 的特點 。本 設計 在全 面考 慮多 齒嚙 合、 運轉 平穩 、輪 齒均 載等 運動 學和 動力 學的 要求 ，實 現高 承載 能力 、高 傳遞 效率 、高 可靠 性和 優良 動力 學性 能等 指標 ，而 且要 便于 制造 、裝 配和 檢修 ，設 計了 該具 有合 理結 構的 擺線 針輪 行星 減速 器。 本 設計 建立 了合 理的 動力 分析 數學 模型 ，對 擺線 針輪 傳動 中的 擺線 輪、 轉臂 軸承 、柱 銷及 軸進 行準 確的 受力 分析 ，并 其求 解。 計算 并校 核主 要件 的強 度及 轉臂 軸承 、各 支承 軸承 的壽 命， 分析 結果 可以 看到 ，各 軸承 性能 指標 均符 合要 求。 利 用 AutoCAD軟 件對 擺線 針輪 減速 器各 零件 建立 幾何 三維 模型 、擺 線針 輪減 速器 虛擬 裝配 及工 程圖 生成 。用 本文 的方 法設 計擺 線針 輪減 速器 ，具 有設 計快 捷、 方便 等特 點。 研究 結果 對提 高設 計的 速度 、質 量具 有重 要意 義。南京林業大學本科畢業設計第 4 頁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南京林業大學本科畢業設計第 5 頁1.引 言： 我 國 的 森 林 資 源 不 足 ， 森 林 覆 蓋 率 很 低 。 從 國 家 林 業 局 公 布 的 第 六 次 全 國 森 林 資 源 調 查結 果 來 看 ， 目 前 我 國 森 林 資 源 現 狀 是 ： 林 業 用 地 面 活 立 木 總 蓄 積 量 為 124.9億 m； 森 林 蓄積 量 為 12.7億 m； 除 臺 灣 省 外 ， 全 國 人 工 林 面 積 為 466.7萬 m3； 人 工 林 蓄 積 為 10.1億 m3。 從 以 上 調 查 數 字 可 以 看 出 ， 全 國 森 林 覆 蓋 率 為 16.5%， 僅 相 當 于 世 界 森 林 覆 蓋 率(27%)的 61.3%； 我 國 人 均 森 林 面 積 和 人 均 森 林 蓄 積 分 別 相 當 于 世 界 人 均 水 平 的 1/5和1/8， 遠 遠 低 于 世 界 平 均 水 平 。 我 國 在 “ 十 二 五 ” 規 劃 中 ， 把 生 態 環 境 建 設 擺 到 了 突 出 的 戰略 位 置 。 我 國 三 北 及 長 江 流 域 防 護 林 體 系 建 設 工 程 、 退 耕 還 林 工 程 、 積 為 26329.5萬 hm2；森 林 面 積 為 15894.1萬 m2； 速 生 豐 產 用 材 林 基 地 建 設 工 程 等 六 大 林 業 重 點 工 程 的 制 定 和 實施 ，體 現了 黨中 央、 國務 院對 我國 生態 環境 建設 的高 度重 視， 受到 社 會各 界廣 泛關 注， 農民群 眾 普 遍 歡 迎 。 近 年 來 ， 人 們 越 來 越 重 視 身 邊 的 生 態 環 境 ， “ 植 樹 造 林 ， 保 護 環 境 ” 已 成 為全 民參 與的 一項 大型 義務 活動 。然 而， 人工 造林 效率 低、 速度 慢且 勞 動強 度大 ，而 機械 化造林 則是 大勢 所趨 ，不 僅可 以提 高勞 動效 率、 減輕 勞動 強度 ，還 能保 證 造林 質量 、降 低生 產成本 、 提 高 經 濟 效 益 。 挖 坑 機 是 一 種 重 要 的 植 樹 造 林 整 地 機 械 ， 它 廣 泛 應 用 于 果 樹 摘 植 、 橡 膠定 植 、 小 樹 移 栽 、 挖 道 施 肥 、 埋 設 樁 柱 和 炸 藥 等 作 業 ， 具 有 挖 坑 質 量 好 、 作 業 效 率 高 等 優點 ，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 挖坑機 可 以 提 高 造 林 質 量 ， 這 對 于 解 決 當 前 造 林 中 成 活 率 低 、 保 存 率 低 和 幼 林 生 長 量 低 的 難 題 ，提 高造 林的 經濟 效益 等有 重要 意義 。2方 案對 比與 結構2.1國 內 外 研 究現 狀2.1國 內研 究現 狀在 國 內 懸 掛 式 挖 坑 機 的 生 產 和 應 用 較 為 廣 泛 。 內 蒙 古 赤 峰 田 豐 農 林 機 械 廠 、 山 東 大 豐 機械 有 限 公 司 、 哈 爾 濱 林 業 福 馬 機 電 設 備 公 司 及 寧 夏 自 治 區 農 業 機 械 研 究 所 等 余 家 單 位 進行 了 研 究 制 造 和 銷 售 。 該 類 挖 坑 機 通 常 具 有 較 大 的 功 率 ， 機 動 性 較 強 ， 能 挖 較 大 和 較 深 的南京林業大學本科畢業設計第 6 頁坑 ，大 多應 用于 大面 積植 樹造 林， 應用 圍也 比較 廣 ） 內 蒙 赤 峰 田 豐 農 林 機 械 廠 生 產 的 3WH-60型 懸 掛 式 挖 坑 機 結 構 合 理 ， 使 用 方 便 靈活 ， 易 于 操 作 ， 每 小 時 可 挖 80-150個 坑 ， 其 可 與 多 種 型 號 36.8KW以 上 拖 拉 機 配 合 使 用 ， 用于 大 面 積 植 樹 造 林 及 工 業 挖 坑 ， 挖 坑 直 徑 250-60m， 深 度 0-120m， 適 用 于 平 原 丘 陵 及 沙地 作業 。 ） 山 東 大 豐 機 械 廠 生 產 的 大 豐 王 系 列 挖 坑 機 WKJ-60/70， ,可 與 18.4-36.8KW的 多 種拖 拉 機 配 合 使 用 挖 坑 直 徑 40-80m， 可 根 據 用 戶 要 求 特 別 制 作 深 度 650-80m， 轉 速248r/min， 每小 時可 挖 60個 坑。 ） 哈 爾 濱 林 業 福 馬 機 電 設 備 公 司 生 產 的 懸 掛 式 挖 坑 機 ， 可 與 鐵 牛 40.4KW或 18.4KW以 上 的 具 有 動 力 輸 出 和 懸 掛 裝 置 的 拖 拉 機 配 套 ， 挖 坑 直 徑 為 250-60m， 挖 坑 深 度 為 0-80m， 挖坑 效率 為 120坑 /h。 ） 手 提 式 挖 坑 機 在 我 國 剛 剛 嶄 露 頭 角 ， 適 用 于 家 庭 或 地 形 復 雜 地 區 的 小 面 積 植 樹 造林 ， 也 可 用 于 打 樁 和 樹 木 追 肥 挖 坑 ， 如 哈 爾 濱 林 業 福 馬 機 電 設 備 公 司 生 產 的 3WS-2.8型 手 提式 挖 坑 機 ， 采 用 051A-1型 發 動 機 最 大 功 率 為 2.8KW轉 速 為 280-320r/min， 挖 坑 尺 寸 坑 徑 深度 為 320m-50m， 質 量 為 17.6kg， 該 機 主 要 應 用 于 地 形 復 雜 的 山 地 丘 陵 區 和 溝 壑 區 在 坡度 35以 下的 荒山 荒地 ,、 次生 林地 以及 黃土 高原 的溝 坡進 行挖 坑或 整地 。國 內 的 一 些 林 業 高 等 院 校 和 科 研 院 所 也 對 挖 坑 機 進 行 了 一 些 研 究 分 析 。 關 于 挖 坑 機 的 論 文 大約 有 幾 十 篇 ， 涉 及 鉆 頭 升 土 理 論 及 鉆 頭 臨 界 轉 速 的 研 究 、 鉆 頭 螺 旋 面 強 度 的 分 析 以 及 螺 旋 升角 的 選 擇 問 題 ， 還 得 出 了 在 不 同 條 件 下 的 挖 坑 機 的 動 態 力 學 參 數 ， 指 出 了 鉆 頭 轉 矩 的 主 要 影響 因 素 ， 對 挖 坑 機 的 一 些 結 構 參 數 的 確 定 起 到 了 指 導 作 用 ， 為 國 內 挖 坑 機 的 優 化 設 計 提 供 理了 論支 持。2.2國 外研 究現 狀相 比 之 下 國 外 的 研 究 狀 況 要 好 一 些 ， 由 日 本 生 產 的 自 走 式 高 性 能 挖 坑 整 地 機 采 用 柴 油 機作 動 力 ， 行 走 腳 與 輪 胎 組 合 ， 行 走 裝 置 為 全 液 壓 式 ， 平 時 用 輪 胎 行 駛 ， 坡 地 靠 行 走 腳 行 走 ，適 用于 坡度 高達 56的 陡坡 林地 作業 。作 業時 只 腳可 上下 左右 移動 ，并 能保 證包 括駕 駛室 在內 的 機 器 上 半 部 始 終 呈 水 平 狀 態 。 該 機 的 液 壓 臂 端 部 可 安 裝 液 壓 式 割 灌 機 或 挖 坑 機 ， 每 天 可南京林業大學本科畢業設計第 7 頁挖 植 樹 坑 30-40個 。 實 現 了 一 機 多 用 。 日 本 生 產 的 A-7型 手 提 式 挖 坑 機 質 量 僅 為 7.0kg，采 用 H35D發 動 機 .A8D型 挖 坑 機 可 挖 坑 徑 范 圍 為 20-20m。 德 國 生 產 BT120C型 挖 坑 機 如 圖 所 示 發 動 機 功 率 1.3KW， 質 量 8.2kg， 鉆 頭 轉 速 190r/min， 發 動 機 轉 矩 1.7Nm， 鉆 頭 的 轉 矩79.0Nm。 英國 生產 的 05H830型 懸掛 式挖 坑機 和美 國生 產的 懸掛 式三 鉆頭 挖坑 機， 鉆頭 之間的 距 離 是 可 調 節 的 ， 即 行 距 可 調 ， 適 用 于 平 原 地 區 的 大 面 積 植 樹 造 林 ， 工 作 效 率 很 高 。 美 國和 加 拿 大 生 產 的 手 提 式 挖 坑 機 ， 發 動 機 與 鉆 頭 采 用 分 離 式 ， 通 過 液 壓 傳 動 ， 驅 動 鉆 頭 工 作 。美 國 生 產 的 HYD-TB1H型 液 壓 挖 坑 機 ,質 量 為 170kg， 最 大 流 量 為 2.7L/min， 最 大 轉 速 為14r/min， 鉆 頭 最 大 扭 矩 349Nm。 美 國 生 產 的 MDL-5B型 挖 坑 機 ,發 動 機 采 用 動 力 為 4.1KW的BSIntecProOHV的 挖 坑 機 在 工 作 時 發 動 機 離 操 作 者 有 較 遠 的 距 離 ,大 大 減 少 了 噪 音 對 操 作者 的影 響 ,充 分考 慮了 人 機工 程學 原理 ,有 的手 提式 挖坑 機安 裝了 個 支點 即輪 子 ,使 挖坑 機的 攜帶 比較 方便 ,工 作時 還可 以把 挖坑 機的 反向 轉矩 釋放 給輪 體 ,減 小操 作者 手上 的反 向力 矩 ,增 加其 安全 性并 減輕 了操 作者 的疲 勞程 度。2.挖 坑機 的構 造2.1挖 坑機 的工 作條 件挖 坑 機 的 主 要 作 業 地 點 是 荒 山 坡 地 、 沙 荒 沙 丘 、 采 伐 跡 地 、 林 間 空 地 、 草 場 、 沼 澤 地 、橡 膠 、 果 園 和 城 市 街 道 等 。 這 些 地 方 的 土 壤 組 成 、 土 層 厚 度 、 土 壤 的 物 理 機 械 性 質 等 都 存 在著 較 大 的 差 異 ， 因 此 要 求 工 作 部 件 堅 固 耐 磨 ， 通 過 性 能 要 好 ， 同 時 由 于 挖 坑 機 的 作 業 受 立 地條 件和 作業 技術 的影 響， 使挖 坑機 的工 作速 度受 到一 定的 限制 ，即 不宜 過大 。2.2挖 坑機 的分 類挖 坑機 的種 類很 多， 一般 按配 套動 力和 掛結 方式 、傳 動方 式、 鉆頭 安裝 位置 進行 分類 。2.2.1按 配套 動力 和掛 結方 式分一 ）手 提式 挖坑 機 機 具 與 小 型 二 沖 程 汽 油 發 動 機 （ 2.3 3.73kW） 裝 置 成 整 體 ， 由 單 人 或 雙 人 操 作 ， 主 要應 用 于 復 雜 的 山 區 、 丘 陵 區 和 溝 壑 區 ， 在 坡 度 350以 下 的 地 區 進 行 造 林 前 的 整 地 和 挖 坑 ， 同時 也 可 用 于 果 園 、 桑 園 、 苗 圃 和 城 鎮 進 行 小 樹 移 植 、 挖 坑 追 肥 以 及 埋 設 樁 柱 等 ， 坑 徑 一 般 在0.3m以 內南京林業大學本科畢業設計第 8 頁二 ） 懸 掛式 挖坑 機鉆 頭 裝 置 懸 掛 在 拖 拉 機 的 后 方 、 前 方 或 側 向 。 懸 掛 機 構 通 過 上 拉 桿 、 下 拉 桿 以 及 三 個 鉸鏈 與 拖 拉 機 連 接 ， 由 拖 拉 機 的 液 壓 系 統 操 縱 其 挖 坑 機 鉆 頭 裝 置 升 降 。 它 可 以 挖 較 大 的 坑 徑 和較 深的 坑。 用于 拖拉 機可 以通 過的 地區 進行 挖坑 作業 。 三 ）自 走式 挖坑 機 1.與 手扶 拖拉 機配 套挖 坑 機 鉆 頭 旋 轉 的 動 力 源 是 由 底 盤 上 的 動 力 輸 出 軸 經 過 一 級 皮 帶 減 速 、 一 級 直 角 錐 齒 輪減 速 器 并 直 接 輸 到 挖 坑 機 的 鉆 頭 。 鉆 頭 是 采 用 M27螺 紋 同 箱 體 聯 接 ， 這 樣 裝 拆 方 便 ， 又 能 自動 防止 拆脫 ，如 1W-40型 挖坑 機就 是與 工農 -3型 手扶 拖拉 機配 套的 。該 型 挖 坑 機 通 過 性 能 較 好 ， 但 需 要 人 力 操 縱 其 鉆 頭 入 土 。 該 型 挖 坑 機 適 于 在 水 平 帶 上 作業 或用 于茶 園施 肥、 茶苗 一只 和果 園施 肥等 挖坑 作業 。 2.與 汽車 底盤 配套與 汽 車 底 盤 配 套 的 挖 坑 機 ， 一 般 是 屬 于 起 重 地 鉆 裝 置 ， 如 D70S(E)起 重 地 鉆 機 是 由 汽 車動 力 輸 出 、 伸 出 支 撐 、 回 轉 系 統 、 起 吊 變 幅 系 統 、 伸 縮 系 統 、 液 壓 系 統 、 控 制 系 統 和 鉆 頭 裝置 等 組 成 。 從 汽 車 的 發 動 機 中 輸 出 驅 動 油 泵 ， 是 發 動 機 的 機 械 能 轉 化 為 液 壓 能 ， 以 供 機 械 的各 部 分 。 地 鉆 裝 置 主 要 由 帶 油 馬 達 的 減 速 器 、 鉆 頭 組 成 。 液 壓 油 通 過 各 控 制 元 件 來 驅 動 油 馬達 旋 轉 ， 從 而 通 過 減 速 器 轉 動 鉆 頭 軸 ， 有 一 方 軸 裝 在 鉆 頭 軸 中 ， 此 軸 只 要 拔 出 定 位 銷 及 管 子向 下延 伸即 可增 加挖 坑的 深度 。該 機可 挖坑 徑 0.45m、 坑深 4.5m的 坑。QW-10型 挖坑 機基 本上 是屬 于這 種類 型， 但它 是車 載鉆 機的 形式 。2.2.按 鉆頭 安裝 位置 分一 ）立 式挖 坑機立 式 挖 坑 機 是 常 見 的 一 種 類 型 ， 亦 稱 立 軸 式 挖 坑 機 ， 即 鉆 頭 的 鉆 桿 與 減 速 器 輸 出 軸 聯 接是 垂直 于地 面的 。該 類型 的挖 坑機 主要 用于 挖坑 作業 。 二 ）臥 式 挖 坑機臥 式 挖 坑 機 亦 稱 水 平 軸 式 挖 坑 機 ， 即 鉆 頭 的 軸 桿 幾 乎 是 水 平 配 置 的 ， 根 據 作 業 要 求 ， 可調 整氣 鉆桿 的傾 斜角 度。南京林業大學本科畢業設計第 9 頁2.3挖 坑機 的鉆 頭2.3.1挖 坑機 鉆頭 的主 要類 型挖 坑 機 的 鉆 頭 是 挖 坑 機 的 主 要 工 作 部 件 ， 根 據 各 地 區 條 件 和 作 業 的 技 術 要 求 ， 分 為 整地 、 挖 坑 和 開 溝 三 大 類 。 螺 旋 式 鉆 頭 的 挖 坑 機 在 工 作 狀 態 時 ， 土 壤 全 部 或 絕 大 部 分 從 坑 里 拋出 ， 該 形 式 主 要 用 于 建 筑 工 作 和 栽 植 作 業 上 。 而 整 地 用 的 挖 坑 機 在 工 作 狀 態 時 ， 土 壤 不 出坑 ， 該 形 式 主 要 用 于 播 種 造 林 等 。 開 溝 用 的 挖 坑 機 在 工 作 狀 態 時 ， 土 壤 是 從 一 側 或 兩 側 拋出 。本 設計 選用 螺旋 式鉆 頭 螺 旋式 鉆頭 主要 由鉆 桿 1、 螺旋 翼片 2、 鉆鏵 （刀 片） 3和 鉆尖 4組 成。 工作 時鉆 頭旋 轉同 時 向 下 作 進 給 運 動 。 鉆 尖 不 僅 起 挖 坑 機 工 作 時 的 定 心 作 用 ， 并 切 去 中 心 部 分 的 土 壤 ， 繼 而按 一 定 軌 跡 排 列 的 刀 片 （ 或 鉆 鏵 ） 切 土 ， 刀 片 切 下 的 土 壤 沿 著 螺 旋 翼 片 上 升 ， 并 拋 至 坑 的 四周 ， 土 壤 出 坑 的 數 量 由 鉆 頭 螺 旋 部 分 長 度 決 定 。 如 果 鉆 頭 的 長 度 小 于 坑 的 深 度 ， 采 用 多 次 旋拋 土 壤 的 方 式 。 其 工 作 面 的 形 成 為 垂 直 與 鉆 頭 軸 線 的 直 線 段 ， 沿 著 圓 柱 體 上 劃 出 的 導 向 螺 旋線 移 動 而 成 。 利 用 同 心 圓 柱 體 來 截 鉆 頭 的 表 面 ， 則 得 到 多 條 螺 旋 線 ， 其 螺 旋 升 角 隨 著 圓 柱 體半 徑的 減少 而增 加。 螺旋 形鉆 頭工 作面 不能 展開 成平 面。 螺 旋 形 鉆 頭 又 分 為 單 頭 螺 旋 鉆 頭 和 多 頭 螺 旋 鉆 頭 。 單 頭 螺 旋 鉆 頭 工 作 時 消 耗 能 量 較 少 ，但 由 于 切 土 負 載 不 對 稱 ， 因 此 工 作 穩 定 性 比 雙 頭 螺 旋 鉆 頭 差 。 為 了 克 服 上 述 存 在 的 缺 陷 ， 單頭 螺 旋 鉆 頭 可 安 裝 兩 個 鉆 鏵 ， 按 徑 向 對 稱 布 置 。 一 般 小 型 懸 掛 式 挖 坑 機 和 手 提 式 挖 坑 機 采 用單 頭 螺 旋 鉆 頭 。 多 頭 螺 旋 鉆 頭 工 作 時 穩 定 性 較 好 ， 但 消 耗 能 量 較 大 ， 一 般 懸 掛 式 中 型 挖 坑 機常 用雙 頭螺 旋鉆 頭。 螺 旋型 鉆頭 挖坑 范圍 很大 ，能 挖 H/D0=.5-16的 坑（ H-坑 的深 度； D0-坑 的直 徑 ） 。3手 提式 挖坑 機的 設計3.1手 提式 挖坑 機的 工作 原理手 提 式 挖 坑 機 由 小 型 二 沖 程 汽 油 發 動 機 （ 2.-3.68Kw） 3、 離 合 器 4、 減 速 器 5、 鉆 桿 及套 6、 安全 及保 護罩 7和 鉆頭 裝置 8等 組成 。其 工作 原理 如下 ：由 發 動 機 通 過 離 合 器 、 減 速 器 而 驅 動 鉆 頭 作 旋 轉 運 動 。 操 作 裝 置 通 常 采 用 可 拆 卸 式 的 手柄 結構 。手 柄的 設計 要求 操作 靈敏 和便 于操 作發 動機 油門 開關 。南京林業大學本科畢業設計第 1 0 頁圖 1-手 提式 挖坑 機結 構示 意圖1.油 箱 2.手 柄 3.發 動機 4.離 合器 5.減 速器 6.鉆 桿及 套7.安 全保 護罩 8.鉆 頭裝 置由 蘇 聯 研 制 的 手 提 式 塊 狀 整 地 機 ， 可 在 坡 度 為 30地 區 作 業 ， 在 塊 狀 整 地 的 同 時 其 中 心部 挖 出 植 樹 的 坑 。 該 機 的 工 作 部 件 由 “ 友 誼 ” 或 “ 烏 拉 爾 ” 發 動 機 驅 動 。 工 作 部 件 是 螺 旋 形鉆 頭 8， 在 其 軸 桿 上 用 兩 個 螺 栓 固 定 在 橫 梁 5上 ， 其 橫 軸 上 焊 有 帶 兩 個 水 平 刀 7的 主 柱 和 三個 垂 直 刀 6。 在 發 動 機 的 底 板 上 固 定 有 保 護 罩 9， 它 用 于 防 止 土 壤 的 拋 散 。 工 作 時 ， 松 土 刀 6切 斷水 平方 向的 根系 并疏 松土 壤； 水平 刀 7用 于切 斷垂 直根 系， 消滅 雜草 和逐 漸切 下土 層。南京林業大學本科畢業設計第 1 1 頁圖 1-手 提式 塊狀 整地 機結 構示 意圖1.發 動機 2.減 速器 3.機 架 4.手 柄 5.橫 梁 6.垂 直刀 7.水 平刀8.鉆 頭 9.保 護罩 10.平 整器該 型 機 具 可 以 同 時 實 現 兩 種 作 業 ， 即 整 地 （ 面 積 直 徑 為 0.5-0.5m） 并 在 塊 狀 地 面 中 心挖 出直 徑為 0.2m、 深為 0.25m的 坑。為 了 使 該 機 具 可 以 自 走 ， 可 以 在 減 速 器 的 輸 出 軸 上 裝 升 降 輪 組 ， 當 機 具 到 達 作 業 地 點后 ，取 下輪 組再 換裝 其鉆 頭。 3.2動 力選 擇原 始數 據坑 徑： 40m坑 深： 40m整 機重 量 15kg挖 坑效 率 120孔 /h挖 坑 的 動 力 消 耗 與 坑 徑 、 坑 深 、 土 壤 硬 度 和 下 降 速 度 有 關 。 通 過 試 驗 ， 手 提 式 挖 坑 機 配南京林業大學本科畢業設計第 1 2 頁套 動力 應在 2.3.68kW之 間。3.螺 旋鉆 頭的 設計 與計 算手 提 式 挖 坑 機 鉆 頭 由 大 刀 翼 2， 小 刀 翼 4， 刀 體 3及 其 中 心 刃 1等 組 成 （ 圖 1-7） 。 其大 、小 刀翼 的切 削面 磨成 20的 刀刃 ； ； 入土 角圖 雙 頭螺 旋式 鉆頭 結構 示意 圖1.鉆 桿 2.螺 旋翼 片 3.鉆 鏵 4.鉆 尖 5.鉆 鏵3.1螺 旋工 作面 的設 計1螺 旋的 外直 徑 D根 據挖 坑直 徑 D0確 定D=（ 0.94-0.95） D0=.95*40=380m2螺 旋長 度 H0應 大于 坑深 H=40m3螺 旋升 角 （ 外直 徑處 ）導 程 h升 角 是 螺旋 線與 其軸 線垂 直平 面的 夾角南京林業大學本科畢業設計第 1 3 頁導 程 h是 螺旋 線上 某一 點沿 螺旋 線圍 繞其 軸線 旋轉 一周 所移 動的 距離tg =h/ D 90-1-土 壤對 螺旋 面（ 鋼） 的摩 擦角 ，通 常取 1=2-310， 取 1=250。 =arctgs/ D0s-鉆 頭每 轉一 周的 進給 量 s取 40m， =1.820.手 提式 挖坑 機一 般取 =10-180.按 導程 計算手 提式 ： h=（ 0.5-0.9） D=0.6*380=28m =arctgh/ D=10.820 104螺 旋頭 數一 般手 提式 挖坑 機用 單頭 5鉆 頭的 轉速3.2刀 片的 設計刀 片 也 稱 鉆 鏟 或 鉆 鏵 ， 是 挖 坑 機 的 主 要 切 土 零 件 ， 也 是 工 作 中 最 易 磨 損 的 零 件 。 它 的 形 狀 、 刀 口鋒 利 程 度 、 耐 磨 性 以 及 磨 損 規 律 ， 對 挖 坑 機 的 阻 力 矩 、 生 產 率 都 有 很 大 影 響 。 因 此 ， 要 求 在 保 證 足 夠強 度和 沖擊 韌性 的條 件下 ，提 高刀 片的 耐磨 性。常 用 的 刀 片 有 以 下 三 種 ： 見 圖 ， 雙 刃 矩 形 ， 梯 形 和 三 角 形 。 雙 刃 矩 形 刀 片 一 面 磨 損 之 后 ， 可 以 掉 頭 使用 ，梯 形刀 片入 土性 能較 好， 阻力 小； 三角 形刀 片適 用于 松軟 土壤 。 試 驗指 出， 鉆頭 的刀 片磨 損多 在外 緣， 因為 離開 鉆軸 中心 越遠 ，刀 刃轉 過的 路程 越長 ，因 此鉆 頭刀 片 的 外 緣 磨 損 快 。 為 了 延 長 刀 片 的 適 用 壽 命 ， 在 易 磨 損 處 將 刀 片 加 寬 形 成 鑿 形 刀 片 ， 或 制 成 局 部 加厚 的刀 片。 由 于鉆 頭工 作時 既有 旋轉 運動 又有 進給 運動 ，刀 片的 實際 后角 應 由刀 片該 店的 運動 方向 和刀 片后 平面 之間 的夾 角來 測量 。刀 片上 各點 的 隨 著離 鉆桿 距 離增 大而 增大 。只 有 當 0時 ， 鉆 頭 才 能 入 土 。 當 值 不 大 時 ， 刀 片 很 快 形 成 寬 的 背 棱 ， 入 土 所 需 的 力 矩 和 阻力 急 劇 增 加 ， 因 此 ， 可 適 當 增 大 名 義 后 角0， 以 達 到 增 加 實 際 后 角 。 名 義 后 角 0在 004525時 入南京林業大學本科畢業設計第 1 4 頁土 力 矩 和 阻 力 均 較 小 。 前 角 過 大 和 過 小 入 土 力 矩 和 入 土 阻 力 均 增 加 。 名 義 前 角 0在 045時 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鋼 或 65Mn鋼 ， 刃 部 淬 火 區 為25-35毫 米 ， 硬 度 HRC46-0， 非 淬 火 區 硬 度 不 大 于 HRC3。 刀 片 用 沉 頭 方 頸 螺 釘 安 裝 于 刀 座 上 ， 刀 座通 常 以 鋼 板 焊 接 在 螺 旋 工 作 面 背 面 ， 刀 片 與 螺 旋 面 的 接 縫 處 應 密 合 平 整 ， 不 允 許 螺 旋 面 高 出 刀 片 而 增大 切 削 阻 力 。 對 于 直 徑 30毫 米 以 下 的 鉆 頭 ， 尤 其 是 手 提 式 挖 坑 機 可 以 用 單 頭 螺 旋 ， 這 樣 消 耗 扭 矩小 。但 是為 了使 受力 平衡 ，一 般也 要對 稱地 裝兩 個刀 片， 因此 這種 結構 需要 兩個 刀座 。 3.3鉆 尖的 設計鉆 尖 也 稱 定 位 尖 ， 它 一 般 用 螺 釘 連 接 在 鉆 尖 的 拖 柄 上 ， 鉆 尖 的 型 式 有 平 面 三 角 形 、 平 面 分 叉 型 、錐 形小 螺旋 型和 平面 三尖 型。 實 踐 證 明 ， 分 叉 型 鉆 尖 入 土 阻 力 最 小 ， 錐 形 小 螺 旋 最 大 ， 三 角 型 次 之 。 定 位 性 能 以 錐 形 小 螺 旋 最好 。 一 般 中 型 挖 坑 機 （ 鉆 頭 重 量 在 150kg左 右 ） 的 鉆 頭 ， 應 選 用 分 叉 型 鉆 尖 ， 而 對 于 大 型 的 挖 坑 機 的鉆 頭（ 重在 250kg左 右 ） ， 為防 止鉆 頭過 重和 入土 過快 （靠 自重 入土 的挖 坑機 ）應 選用 三角 形鉆 尖。 對于 鉆 深 坑 的 挖 坑 機 鉆 頭 選 用 平 面 三 尖 型 的 鉆 尖 更 合 適 。 另 一 方 面 鉆 鏵 的 切 削 刃 與 鉆 尖 之 間 的 距 離 H2越大 ， 鉆 尖 的 迴 轉 直 徑 D1（ 取 0.1-0.16m） 越 小 ， 那 么 它 的 對 中 性 越 好 。 但 是 隨 著 H2的 增 加 ， 鉆 尖 入 土所 需的 麗也 增加 ，土 壤從 鉆頭 表面 排出 也更 困難 。此 距采 用如 下范 圍較 合理0.9D1H21.2D13.4離 合器 的設 計1.設 計背 景離 心離 合器 由于 有固 定的 結合 轉數 和過 載保 護功 能而 被廣 泛應 用于 油鋸 、割 灌機 、風 力滅 火機 、無 變 速 器 等 機 具 的 傳 動 中 ， 它 對 保 護 操 作 者 和 機 具 過 載 時 的 安 全 是 十 分 重 要 的 。 滑 塊 離 心 式 離 合 器 結構 簡單 、緊 湊、 它是 由主 動盤 、摩 擦塊 、壓 縮彈 簧和 被動 盤組 成的 。2.設 計目 的 通 過 本 課 程 設 計 ， 掌 握 滑 塊 離 心 式 摩 擦 離 合 器 的 設 計 方 法 、 步 驟 ， 進 一 步 了 解 離 合 器 的 工 作 狀 況南京林業大學本科畢業設計第 1 5 頁和 性能 ，提 高機 械產 品的 設計 能力 3.設 計參 數 原 始數 據：離 合器 配用 的發 動機 型號 1E40F離 心塊 數量 ： 4摩 擦表 面： 石 棉 45鋼1E40F汽 油發 動機 的外 特性 曲線 參數發 動 機 型 號 怠 速(rpm)最 高轉 速 （ rpm） 額 定 功 率/轉速 (kw/rpm)最 大 輸 出 扭 矩 /轉 速(N.m/rpm)輸 出 軸 直 徑(m)輸 出 軸 連 接 形 式 允 許 離 合 器 外 經 (m)允 許 離 合 器 高 度 (m)離 合 器 離 心 塊 與 被 動 盤 間隙1E40F21080 2.97/5205.93/440 144花 鍵 80m 24m1m4 具體 設計 步驟 ：1） .確 定總 體設 計方 案由 于 滑 塊 為 四 塊 ， 而 離 合 器 允 許 外 徑 偏 小 ， 考 慮 到 便 于 布 置 零 件 ， 故 采 用 壓 縮 彈 簧 的 形 式 ， 離心 塊 與 被 動 盤 間 隙 取 為 1m， 滿 足 要 求 且 便 于 計 算 。 滑 塊 離 心 式 摩 擦 離 合 器 主 要 用 于 草 坪 機 械 ， 假 定南京林業大學本科畢業設計第 1 6 頁以 皮帶 輪作 為輸 出結 構。 2） .確 定離 合器 需要 傳遞 的扭 矩：由 m93.5em ax =NM ， b 1 扭 矩儲 備系 數這 里 取 2.1=。 發 動機 最大 輸出 扭矩 （ Nm）故 116.793.52.1em axf =MM N.m3） .初 定結 合轉 速： 因 結合 轉速 ( )12 n45.125.1n這 里系 數取 12 n25.1n=， 由發 動機 怠速m in/r2100n1= 得 m in/r2625n2=計 算得4） .確 定離 合器 結構 形式由 初始 給定 數據 條件 ，離 心塊 數量 為 4， 即 Z=4；確 定 被 動 盤 直 徑 D=10m,壁 厚 取 2m， 離 合 器 離 心 塊 與 被 動 盤 間 隙 ， 因 摩 擦 配 合 為 石 棉 石 棉 ，石 棉厚 度取 為 3m， 則被 動盤 半徑 R=50-23-1=4m；由 離心 塊質 心半 徑選 取范 圍 ， 再結 合初 步確 定的 離心 塊結 構和 形狀 ，初 步選 r=20m；離 心 塊 與 被 動 盤 材 料 均 選 45號 鋼 ， 由 于 摩 擦 配 合 為 石 棉 45鋼 ， 故 離 心 塊 結 合 面 貼 一 層 石 棉 ，摩 擦系 數 f選 為 0.8-0.12.5） .初 定離 心塊 質量 離 心塊 質量 須滿 足兩 個條 件： 結 合轉 速 n2時 22n rm =PP式 中： P2 結 合轉 速 n2時 離心 塊產 生的 離心 力；Pn 彈 簧對 離心 塊張 緊力 的徑 向分 力；南京林業大學本科畢業設計第 1 7 頁 2 結 合轉 速 n2時 的角 速度 。 傳 遞最 大扭 矩 Mf時( )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 發 動機 最大 扭矩 Mf時 的轉 速； 4 發 動機 最大 扭矩 Mf時 的角 速度 ；f 離 心 塊 與 被 動 盤 內 表 面 的 摩 擦 系 數 （ 鋼 對 鋼 ： f 0.15； 鋼 對 石 棉 ： f 0.30； 石 棉 對 石棉 ： f 0.36 0.50， 這里 取 0.15）由 發動 機外 特性 參數 ： 代 入其 他數 據： R=31m， Z=2， f=0.5， =7.16N.M， r=20m， 計算 得 m=0.3kg。6） .計 算彈 簧在 各個 工況 下受 力結 合轉 速時 ： NPP 4469.612602100102503256.0 23-n2 = 怠 速時 彈簧 壓縮 力： NP 326.392602100102503256.0 231 = 7） 驗證 離合 器高 度 ()d21h=因 離合 器允 許高 度為 20m， 而 h取 值范 圍為 （ 12） d；選 定滑 塊結 構為 扇形 ，包 角 ， 中間 挖空 一定 尺寸 放置 彈簧 與螺 栓， 則由 vm =， 列方 程得南京林業大學本科畢業設計第 1 8 頁31材 料為 45鋼 ，故 這里解 得 ，h24m。 故離 合器 高度 滿足 要求 。8） 滑塊 的質 心驗 算由 扇形 形心 計算 公式 ： ， 設計 滑塊 ； 120再 由組 合圖 形的 形心 計算 公式 ： ， 計算 得滑 塊質 心約 為 19m；驗 算結 合轉 速 ， 與理 論計 算值 相 差不 大， 故初 選質 心符 合要 求。9） 彈簧 的設 計計 算 計 算彈 簧剛 度由 ： 怠 速時 彈簧 所受 壓力 ： 。 140.25N結 合時 彈簧 最大 工作 壓力 ： 。 23.52N由 胡克 定律 ： ，計 算得 83.295故 彈簧 初始 壓縮 量為 1.68m 選 擇與 驗算 彈簧 具體 參數彈 簧材 料選 碳 素鋼 絲， 初選 彈簧 指數 C=5， 中徑 ， 查表 得 K=1.31估 算簧 絲直 徑 d=D/C=1.6m， 查表 得 ，簧 絲直 徑：計 算得 d=1.72m根 據標 準圓 整為 d=1.8m工 作圈 數 ： 由 ， 而 =1+.78=2.78m南京林業大學本科畢業設計第 1 9 頁計 算得 ， 圓整 為 3.5總 圈數 n： 彈簧 選擇 冷卷 ，則 總圈 數 n=2+3.5=.5工 作極 限載 荷：工 作極 限載 荷下 的變 形： 余 隙： =0.1d=0.18m節 距： t=（ 0.30.5） 取 為 3.6m中 徑： =Cd=9m外 徑： =10.8m內 徑： =7.2m自 由高 度： =16.3m， 根據 標準 圓整 為 18m螺 紋升 角： ， 在 之 間， 符合 使用 條件展 開長 度： =15m驗 算穩 定性 ： =3.7， 故 C值 符合 要求疲 勞強 度校 核： =653彈 簧滿 足條 件， 可用 。1） 花鍵 的選 擇和 校核已 知發 動機 的額 定功 率 P=2.97KW， 額定 轉速 n=520r/min；由 初始 數據 ，選 取矩 形花 鍵， 輕系 列鍵 的輸 入端 為發 動機 輸出 軸， 輸出 端為 離合 器， 花鍵 結合 長度 取 l=86m工 作齒 高： =（ D-d） /2-C=1m。材 料取 低碳 合金 鋼， 表面 滲碳 淬火 ，表 面硬 度為 5864HRC。此 矩形 花鍵 如下 圖：花 鍵聯 接的 擠壓 強度 和耐 磨性 校核 公式 ：南京林業大學本科畢業設計第 2 0 頁T 輸 入轉 矩， N.M 各 齒間 載荷 分布 不均 勻系 數， 通常 取 0.70.8；Z 齒 數；h 齒 的工 作高 度；l 花 鍵的 工作 長度 ； 平 均直 徑。由 T=950P/n=5.40N.M， 取 0.7， Z=4， h=1m， l=86m， =16m計 算得 =2.80MPa。查 表得 此花 鍵聯 接的 許用 比壓 =3060MPa， 即 p。故 此花 鍵聯 接安 全。 12） 軸承 的選 取與 校核由 輸出 軸直 徑與 軸所 受的 載荷 ，初 選軸 承為 GB/T29 194704AC角 接觸 球軸 承，主 要尺 寸為 d=2m， D=4m， B=12m由 于軸 承所 受的 最大 徑向 力 =126.8N，軸 向力 主要 為軸 的軸 向竄 動， 可認 為 ， 故 =126.8N。由 機械 的工 作情 況查 表可 得 軸 承在 此離 合器 中壽 命為 4080h而 由：n取 最高 轉速 80r/min，