機動式空心鉆筒植樹挖坑機設計【16張cad圖紙+說明書完整資料】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 上海電機學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱 機動式空心鉆筒植樹挖坑機的設計 學 院 機械學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 BJ1202 學 號 121002280222 姓 名 劉星辰 指導教師 馬雪芬 定稿日期： 2016 年 2月20 日 6 機動式空心鉆筒植樹挖坑機的設計 1選題背景及其意義 本課題來源于生產實際,目前，我國正在大力加強植樹造林建設，特別是江蘇沿海地區(qū)，政府部門每年都規(guī)劃植樹造林，然而植樹造林存在一個問題，需要大量的人力來投入，而現(xiàn)在，國家倡導綠色造林，為了更有效的植樹造林,出現(xiàn)了機械造林。本課題是設計一臺植樹挖坑機，與東風EQ140汽車底盤相匹配，用于植樹造林，代替人力勞動，實現(xiàn)機械化造林。 我國在“十二五”規(guī)劃中把生存環(huán)境建設擺到了突出的戰(zhàn)略位置。我國三峽長江流域防護林體系建設工程、退耕還林工程中面積為26329.5萬公頃,森林面積為15874.1萬公頃，近年來人們越來越重視身邊的生態(tài)環(huán)境，“植樹造林,保護環(huán)境”已成為全民參與的一項大型義務活動，所以單靠手工種樹，已經不能滿足生態(tài)和發(fā)展的需求，機械化造林勞動效率高，減輕勞動強度，還能保證質量，降低成本，不僅能得到很好的經濟效益，又會帶來巨大的生態(tài)效益和社會效益。在國內，懸掛式挖坑機的生產和應用較為廣泛，該類挖坑機通常具有較大的功率，機動性強，能挖較大較深坑，大多應用與大面積植樹造林，但我國生產的技術水平比較低，在陡坡和復雜地區(qū)很難正常進行植樹挖坑作業(yè)，只能依靠手提式挖坑機。手提式挖坑機在我國剛剛嶄露頭角，很多方面不夠完善特別是在人機關系方面。相比之下，國外研究狀況要好一些。有日本生產的自走式高性能挖坑整地機采用柴油機作為動力，適用于坡度高達56°的陡坡作業(yè)，每天可挖坑植樹300～400個。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(jié)的，適用于平原地區(qū)大面積植樹造林，工作效率高。但國外的挖坑機大都價格昂貴。結合中外挖坑機的特點，本設計主要設計方向是質優(yōu)價廉，人機協(xié)調的懸掛式挖坑機。 2文獻綜述（國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 2.1國內外研究現(xiàn)狀 中國植樹挖坑機產業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產業(yè)結構不合理、產業(yè)集中于勞動力密集型產品；技術密集型產品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家；生產要素決定性作用正在削弱；產業(yè)能源消耗大、產出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。我國植樹造林機具現(xiàn)狀我國植樹造林機械赴較晚，主要在南方為種植橡膠實現(xiàn)產業(yè)化，有為東方紅-75、熱特-25型拖拉機配套的植樹挖坑機，而北方地區(qū)為栽植果樹和防護林，也研制了為中型輪式拖拉機如上海-50、神牛-25型拖拉機配套的開溝機、植樹挖坑機，這種機具既可以挖植樹穴坑，也可以挖梯形溝槽用于果樹施溝肥。對大面積的機械植樹造林，多采用鏵式系歹開溝機，如1K-40、1K-50和1K-60型開溝機。我國植樹造林機械雖有多個品種，但由于栽種樹苗多在山地、坡地，土質條件復雜，影響了機械的使用效果，基本上用人工挖坑栽苗，使用生產的植樹挖坑機批量較小。 我國目前投入生產和主要使用的植樹挖坑機擁有多種形式的配套動力和挖頭結構。 不同的植樹環(huán)境要求挖坑機具有與之相適應的動力和連接方式、結構型式及重量限制、 鉆頭型式等。根據(jù)作業(yè)方式的不同我們可以簡單地將挖坑機分為便攜式與機載式兩大類，便攜式挖坑機包括手提式、背負式，機載式挖坑機包括懸掛式與牽引式等類型。挖坑機的鉆頭根據(jù)形狀可分為螺旋式鉆頭、螺旋帶型鉆頭、葉片型鉆頭和螺旋齒式鉆頭等。 （1） 手提式挖坑機 手提式挖坑機的結構一般由機架、操作裝置、發(fā)動機、離合器、減速器、鉆頭等部分組成。如圖 1-1所示。離合器是發(fā)動機和工作部件間的連接裝置，一般采用離心式摩擦離合器。當發(fā)動機達到一定轉速時，離合器主動盤重錘所產生的離心力克服了彈簧的拉力，離合器就自動接合，并經減速器將動力傳遞給鉆頭。減速器是挖坑機的重要部件，其作用是將發(fā)動機的轉速變?yōu)殂@頭的工作轉速，有圓柱齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器和擺線針齒減速器等類型。以采用擺線針齒減速器較普遍，它具有減速比大、體積小、重量輕、噪聲低和傳動平穩(wěn)等特點。操縱裝置常采用可拆卸式的手柄結構，可單人或雙人操作。鉆頭由鉆尖、刀片、導土片和鉆桿組成。鉆尖起定位作用，刀片用于切削土壤，導土片則主要起升土作用。作業(yè)時鉆頭垂直向下運動，在扭矩和軸向力的作用下切削土壤，切下的松碎土壤沿導土片工作面上升，運到地表后被拋離到坑的周圍。 手提式挖坑機結構緊湊，機體與汽油發(fā)動機裝配成整體，體積小、重量輕，機動靈活，由單人或雙人手提操作，適宜于拖拉機不能通過的地形復雜的山地、丘陵和溝壑地區(qū)，挖坑直徑和深度都比較小，也可用于果樹的追肥及埋設樁柱手提式挖坑機在我國起步較晚，但發(fā)展較快，雙人操作的便攜式挖坑機在我國使用比較普遍，生產的型號也比較多，如 3WB-3、3WS-5、WL200等，挖坑直徑約為 100~400mm、坑深為 200~600mm。 手提式挖坑機的適應性很強，不但作為植樹挖坑之用，也可在建筑工地、地質礦山電力交通等部門用于埋設樁、柱、勘探、打眼等作業(yè)。由于家庭及街道作業(yè)的緣故國外的手提式挖坑機興起較早，例如日本生產的 A-7 型手提式挖坑機質量僅為 7.0kg，采用H35D 發(fā)動機；A-8D 型挖坑機可挖坑徑范圍為 20~200mm。德國生產的 BT120C 型挖坑 機發(fā)動機功率 1.3kW，質量 8.2kg，鉆頭轉速 190r/min。 圖1-1 WL-200 型手提式挖坑機 （2）背負式挖坑機 背負式挖坑機如圖 1-2所示，單人操作，輕便，靈活，適用于山地、丘陵地帶作業(yè)， 適用于平緩地帶。此類挖坑機是利用防振架將發(fā)動機背在背后，通過撓性傳動軟軸，將發(fā)動機扭矩傳給鉆頭。操作人員需配有專用的防震護具。 圖 1-2 背負式挖坑機 （3） 懸掛式挖坑機 懸掛式挖坑機有多種形式。可以通過液壓懸掛裝置掛在拖拉機后面，由拖拉機動力 輸出軸經傳動系統(tǒng)驅動鉆頭進行挖坑作業(yè)，也有用液壓馬達直接驅動鉆頭進行作業(yè)的。一般結構都是由傳動軸、減速器、鉆頭、拉桿和機架等組成（見圖 1-3），鉆頭一般采用雙螺旋型。有的挖坑機裝有兩個或兩個以上的鉆頭，稱多鉆頭挖坑機，能充分利用拖拉機的功率來提高生產率。為使鉆頭在工作時不因遇到石塊、樹根等障礙物超負荷時受損，在傳動軸上裝有牙嵌式離合器，在超負荷狀態(tài)下，離合器自動脫離，從而切斷動力的傳遞。 圖 1-3 3WH-60 型懸掛式挖坑機 懸掛式挖坑機由于動力較大，功效高，可挖較大的坑穴，主要用于平緩地形或拖拉 機可以通行的地域，鉆頭的升降通過拖拉機液壓系統(tǒng)操縱，挖坑直徑和深度都比較大。 坑徑多為 600mm~1000mm、深度可達到 1000mm。諸如內蒙古赤峰田豐農林機械廠生產的 3WH-60 型（如圖 1-3）、3WC-60 型懸掛式挖坑機，通遼林業(yè)機械制造廠生產的 3WG-60 型、4Z-130 型挖坑機，山東大豐機械廠生產的“大豐王”系列挖坑機 WKJ-60/70，配套不同動力的拖拉機可以挖掘不同直徑不同深度的樹坑。適合于平原、坡度小的山地、丘陵等地況作業(yè)，具有性能好、作業(yè)效率高的特點。 （4） 牽引式挖坑機 牽引式挖坑機的機器裝在小車上，由拖拉機牽引，掛接方便，不受拖拉機結構限制， 但結構復雜，機動性差； 我國在 2001 年由達拉特旗白土梁生態(tài)治理有限公司成功研制 并生產出 JYZ-80 型牽引式液壓植樹機。圖 1-4 為一種拖拉機牽引式深孔鉆。 圖 1-4 牽引式深孔鉆 國外一些專家學者對挖坑機鉆頭也做了大量的研究：Macpherson 用波動理論建立的鉆桿縱向、扭轉振動模型與實際測量結果進行比較。而 Millheim 等應用 D'Alembert 原理在靜力分析的基礎上引入慣性力和摩擦力，運用有限元方法建立鉆柱三維動態(tài)模型用以研究鉆柱動態(tài)行為對鉆頭軌跡的影響，給出了影響鉆頭軌跡的主要因素。Y.Altintas等建立了可描述不同形狀螺旋鉆刀片的動力學通用模型，用時變力系數(shù)的傅立葉級數(shù)展開給出了用于鉆削穩(wěn)定性解析預測鉆削過程的動力學模型及其一般數(shù)學表達式。E.Armarago 等提出了用正交切削數(shù)據(jù)計算切削過程剪切應力、剪切角、后刀面平均摩擦系數(shù)，把正交切削參數(shù)轉換到傾斜鉆削，預測傾斜鉆削力的方法。S.Jensen 給出的切削力模型考慮了進給速度、鉆尖處的幾何形狀以及對柔性工件的動態(tài)特性有影響的主軸軸向振動因素。 2.2發(fā)展趨勢 植樹挖坑機未來的發(fā)展趨勢主要在以下幾個方面： （1）一機多能 在我國，植樹造林具有季節(jié)性和區(qū)域性的特點，機具作業(yè)時間短，間隔時間長，單一性能機具的年利用率很低，因此在今后的設計中，應盡量考慮一機多用問題。具體措施：一是更換不同的鉆頭，適應不同的土壤條件和工作環(huán)境；二是設計通用機架，在更換其它工作部件后即可完成其他營林作業(yè)項目，提高其利用率。 （2）人機和諧 凡是人使用的各種機械設備，都應進行完善的人-機工程學設計，以使其符合人的心理與生理學特性，從而最大限度地減輕使用者的操作疲勞和心理負擔，能夠使人舒適和高效率地工作，使整個人-機系統(tǒng)具有最和諧的人機關系和最優(yōu)的綜合效能。同時，要盡量減少噪音對操作者的影響，還需要考慮手提式挖坑機反向轉矩對操作者的安全問題，盡量把轉矩通過機械裝置釋放一些，提高操作者的安全系數(shù)。 （3）應用范圍 挖坑不僅適用于平原、沙地和丘陵，還能夠用于山地和溝壑；不僅適用于坡度56°以下的陡坡林地的整地挖坑，而且還適用于35°以下的坡地挖坑造林。 3研究內容 本次設計的挖坑機是一種搭載在東風汽車底盤的空心鉆筒挖坑機，由分動機構、支撐機構、回轉機構、工作機構組成；由汽車發(fā)動機通過分動機構提供動力，液壓系統(tǒng)來控制各個部分的運動，從而實現(xiàn)挖坑作業(yè)。主要研究內容包括以下部分： 3.1 支撐機構 支撐機構主要包括液壓缸和支撐導軌。液壓泵將發(fā)動機的機械能轉換為液壓能使液壓缸工作支撐起整個工作機構，同時需要導軌的導向作用，來確定工作機構工作時的平穩(wěn)。 3.2 分動機構 從汽車發(fā)動機輸出的動力，通過齒輪傳動輸入到液壓泵中提供動力。 3.3 液壓系統(tǒng) 液壓控制系統(tǒng)由各自獨立的液壓回路組成，主泵通過各液壓回路控制油缸和液壓馬達，使操作機產生相應動作。 3.4 工作裝置 工作裝置主要包括加壓裝置，減速裝置，和挖坑裝置，通過加壓裝置使整個鉆筒上下移動，減速裝置中，通過液壓馬達帶動減速器使鉆桿以要求的轉速旋轉帶動鉆筒進行挖坑工作。 3.5 其他輔助裝置 其他輔助裝置有支腿機構和回轉機構，配合整個挖坑機在載體上的位置放置和挖坑工作。 4研究方案 4.1總體方案 本課題設計的挖坑機主要安裝在東風EQ140汽車底盤的基礎上,由分動裝置、回轉機構、支腿機構、支撐機構、挖坑裝置等組成?？傮w方案如圖4-1所示。 分動裝置的輸入軸它將汽車發(fā)動機的動力接出，驅動二個柱塞泵和一個齒輪泵，為挖坑機提供動力。任何機械都是由若干個構件所組成的，組成機械的各個構件之間具有確定的相對運動。如圖4.1所示。 回轉機構采用Q2-3汽車起重機的回轉機構，有液壓馬達驅動，轉盤可作270°范圍內的回轉，能使挖坑機的鉆頭在汽車后方和左右兩方的旋轉弧線上任一點位置進行挖坑作業(yè)。 支腿機構由四只支腿組成，在工作時支撐于地面，以增加作業(yè)時整機的穩(wěn)定性，支腿的放下、支撐和收起均由各自的液壓缸驅動。支塔機構用于支撐鉆塔，運輸時通過支塔液壓缸將挖坑裝置傾倒置于車廂前部的支架上，工作時將挖坑裝置支撐于直立位置。挖坑裝置由筒形鉆頭、減速器、主液壓馬達加壓裝置和鉆塔等組成。 加壓裝置在鉆塔內，其加壓油缸的活塞桿與鉆桿用特殊的接頭連接，可以在鉆桿旋轉時仍能保證傳遞向下的進給力，活塞桿向上時，可將鉆頭從土壤中提升踹。鉆頭與鉆桿連結，鉆桿上部為方軸，與減速箱被動齒輪的方孔配合，可在方孔中上下移動而不影響扭矩的傳遞。液壓馬達通過減速器驅動鉆頭，帶合金鋼切削齒的空心鉆筒可以破碎堅硬的地表層。 空心鉆筒植樹挖坑機為全液壓系統(tǒng)傳動，其液壓系統(tǒng)由兩個液壓馬達、三泵、雙回路組成，分為主油路和副油路。主油路的動力是兩個柱塞泵、直接驅動主液壓馬達和加壓液壓缸使筒形鉆頭工作；副油路則由一個齒輪泵提供動力給其它執(zhí)行元件（如回轉盤、支腿、支塔旋轉等）。工作時，支塔處于垂直位置；不工作時（閑置和移動途中）支塔轉至一定角度收放于汽車底盤上。 圖4-1 為機動式空心鉆筒植樹挖坑機的示意圖 4.2工作裝置的設計 4.2.1挖坑裝置 （1）鉆筒的設計 本設計是空心鉆筒植樹挖坑機，空心鉆筒的作用是將刀齒旋轉運動帶出來的土壤通過鉆筒內側的螺旋線型突起留在鉆筒內部而不會掉落在坑內，挖坑動作完成以后，通過挖坑裝置回放的小幅振動或人工將土壤從鉆筒里掉落。鉆筒采用45 鋼鍛造，直徑600mm,在鉆筒外緣一共裝八把刀齒，為了安裝刀齒方便，鍛造完成后，在360°方向上對稱磨八個平面，方便了刀齒刀柄部分螺栓的連接。鉆筒無底無蓋，為了將旋轉運動傳遞給鉆筒，在鉆筒上方焊接了4 根鋼條，為了保證法蘭安裝的精度，在鋼條上部再焊接一條方形鋼板，用來安裝法蘭。 （2）切削刀齒的設計 本植樹挖坑機的硬質合金切削刀齒,可以在鉆筒旋轉運動和加壓液壓缸的壓力作用下, 實現(xiàn)刀齒的切土和拋土，從而實現(xiàn)挖坑功能。硬質合金切削刀齒在土中旋轉過程中將土壤破碎，向上扛起使其松動。被松碎的土壤在旋轉作用下一部分拋離地面，大部分被卷入鉆筒中，通過鉆筒內的螺旋線旋轉形狀來留在鉆筒內部。切削刀齒用螺栓固定在鉆筒外側，在挖坑時利用刀齒的旋轉運動將下層的土壤松動，利用鉆筒的向下運動將土層卷到空心鉆筒中，完畢后利用液壓缸的提升和轉向作用，使土壤從鉆筒中掉落出來,從而完成挖坑任務。 4.2.2加壓裝置和減速裝置 （1）減速器的選型，根據(jù)課題要求進行計算選型需要市場上可以購買到的減速器。適當降低速度，增加扭矩。 （2）空心鉆筒挖坑機液壓系統(tǒng)設計 該機為全液壓系統(tǒng)傳動，其液壓系統(tǒng)由兩個油馬達、三泵、雙回路組成，分為主油路和副油路。主油路的動力是兩個柱塞泵、直接驅動主液壓馬達和加壓液壓缸 使筒形鉆頭工作；副油路則由一個齒輪泵提供動力給其它執(zhí)行元件（如回轉盤、支腿、支塔旋轉等） 4.2.3滑動導軌的選擇 根據(jù)減速器箱體和外箱體的尺寸和受力情況，選用燕尾型滑動導軌。導軌材料應具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小和動靜摩擦系數(shù)差小。 4.3擬采取的技術措施 機動式空心鉆筒植樹挖坑機的設計針對市場的需要而設計的，采用利用現(xiàn)成的機器為動力源，采用液壓組件作為驅動力，節(jié)省空間，結構簡單，有利用降低成本。 挖坑機結構簡單、操作方便，實現(xiàn)了挖坑和行進的自由切換，亦可根據(jù)不同的挖坑要求更換鉆頭，從而滿足不同作業(yè)的要求。 （1） 在傳動系統(tǒng)方面，可設計研究自走式挖坑機專用的減速器，集離合切換操作， 通過選擇現(xiàn)成的減速器組件，可以降低生產成本，可以減小設計空間使設備更具緊湊性。 （2） 進一步改進鉆頭的可拆卸、更換性，使其更靈活方便；以及對外形結構的優(yōu) 化、附屬裝置的設計，諸如非工作時段鉆頭的放置問題、坡度太大造成設備過度傾斜的問題、操作桿可調性、降低操作人員的振動疲勞等，從而使自走挖坑機更具人性化、合理化。 在刀齒的設計中，切削刀齒的設計選擇接近于銑刀的設計。由農林業(yè)刀具文摘查：刀齒的厚度＞20mm，一般在接近地表處r=50°—70°,這樣可使刀齒具有良好的松土推土性能和較少的能量消耗。在插入土壤時受力較大，為了避免應力集中，故有小加強肋， 刀齒刀柄與鉆筒處為螺栓連接，提高刀齒的使用壽命，方便刀齒的互換和安裝，從而能有效地滿足當今市場上對機動式空心鉆筒植樹挖坑機的需求，且具有如下的優(yōu)點:傳動平穩(wěn)，傳動效率搞，生產效率高，勞動強度低，產品質量好，經濟性好，人性化等優(yōu)點。 5進度計劃 第01周：查詢收集資料，了解植樹挖坑機的基本結構、組成和工作原理。 第02周～第03周：確定設計系統(tǒng)總體方案，書寫開題報告。 第04周～第06周：根據(jù)原有的技術參數(shù)，初定主要設計參數(shù)，計算動力裝置液壓缸的參數(shù)，進行液壓缸選型。以及液壓泵的選擇，進行傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算。依據(jù)計算數(shù)據(jù)結果設計減速器內外傳動零件，確定其尺寸、參數(shù)、材料和結構。 第07周～第10周：依據(jù)植樹挖坑機的工作原理和工作要求，具體設計轉軸、滑槽、等機體部件。進行分動裝置、回轉機構、支腿機構、支塔機構、挖坑裝置等組成。零部件的具體設計，繪制零件圖和裝配圖。 第11周～第12周：植樹挖坑機論文初稿。 第13周～第14周：完善論文，論文答辯。 參考文獻 [1]張利平.液壓控制系統(tǒng)及設計[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006. [2]楊爾莊.液壓技術的發(fā)展動向及展望[J].液壓氣動與密封,2003,(4):1-7. [3] 申永勝主編《機械原理教程》 北京、清華大學出版社1999 [4] 張偉社主編《機械原理》 西北工業(yè)大學出版社2001 [5] 鄒慧君主編《機械原理課程設計手冊》 高等教育出版社1998 [6] 趙松年主編《現(xiàn)代機械創(chuàng)新產品分析與設計》 2000 [7] 楊家軍主編《機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計》 華中理工大學出版社2000 [8] 張春林主編《機械創(chuàng)新設計》 機械工業(yè)出版社1999 [9] 機械設計手冊編委會《機械設計手冊新版2，3卷》 機械工業(yè)出版社，2004 [10]卜炎主編《機械傳動裝置設計手冊（上冊）》 機械工業(yè)出版社1999 [11]何燦群《人體工學與藝術設計》 長沙湖南大學出版社，2004 [12]阮寶湘/郡祥華《工業(yè)設計人體工程》 北京機械工業(yè)出版社 2005.05 [13] 王三明主編《機械原理與設計課程設計》 北京機械工業(yè)出版社，2005 [14].閆衛(wèi)．工業(yè)產品造型設計程序與實例.機械工業(yè)出版社，2003.2，第一版 [15]. 沈法，王慶斌，楊足，丁熊．計算機輔助產品造型設計表現(xiàn)技法.人民郵電出版社，2002.9，第一版 [16].張展，王虹．產品設計.上海人民美術出版社，2002.1，第一版 [17].王玉林，蘇全忠，曲遠方．產品造型設計材料與工藝.天津大學出版社，1994.12，第一版 [18].程能林，產品造型設計手冊.機械工業(yè)出版社，1994.8，第一版 [19].朱序璋.人機工程學.西安:西安電子科技大學出版社.1999年11月 [20].劉春榮.人機工程學應用.上海:上海人民美術出版社.2004年7月 [21]ThomasAckermann,Lennartsoder.Windenergytechnologyandcurrentstatus:areview[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2000,(4):315-374. [22]、Paul Kenneth.21st Century Manufacturing[M].Prentice Hall and TingHua University Press,2002 指導教師意見 指導教師簽名： 年月日 12 上海電機學院 畢業(yè)設計（論文） 課題名稱 機動式空心鉆筒植樹挖坑機的設計 學 院 機械學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 BJ1202 學 號 121002280222 姓 名 劉星辰 指導教師 馬雪芬 日期： 2016 年 4月10 日 摘要 植樹挖坑機是一種造林機械設備，目前國內造林機械的發(fā)展水平還不高，多為人工控制，很少能實現(xiàn)自動化作業(yè)。如何將先進的自動化、智能化技術應用到機械造林中，提高造林機械的自動化、智能化水平是擺在林業(yè)機械科研工作者面前的一個技術問題。國外挖坑機的發(fā)展要先進得多，主要發(fā)展方向是對于大型的挖坑機要集多種功能于一身，增加輔助設備。小型的挖坑機則側重于機構的優(yōu)化設計。本課題主要設計一個大型挖坑機，適合于城市道路旁、公園內、綠地上栽植大樹的挖坑作業(yè)。 本課題來源于生產實際,目前，我國正在大力加強植樹造林建設，特別是江蘇沿海地區(qū)，政府部門每年都規(guī)劃植樹造林，然而植樹造林存在一個問題，需要大量的人力來投入，而現(xiàn)在，國家倡導綠色造林，為了更有效的植樹造林,出現(xiàn)了機械造林。本次要設計的是機動式空心鉆筒植樹挖坑機的設計。與東風EQ140汽車底盤相匹配，用于植樹造林，代替人力勞動，實現(xiàn)機械化造林。 本次設計的挖坑機是一種搭載在東風汽車底盤的空心鉆筒挖坑機，由分動機構、支撐機構、回轉機構、工作機構組成；由汽車發(fā)動機通過分動機構提供動力，液壓系統(tǒng)來控制各個部分的運動，從而實現(xiàn)挖坑作業(yè)。 關鍵詞：造林機械，挖坑機，東風汽車底盤 46 Abstract Reforestation tree planting digging machine is a mechanical device, the current level of development of the domestic afforestation machines is not high, mostly for manual control, very few can realize automatic operation. How will the application of advanced automation, intelligent technology in mechanical afforestation, reforestation improve mechanical automation and intelligence level is placed in front of forestry machinery researchers a technical problem. Development of Foreign digging machine much more advanced, the main development direction for large digging confidential combines many functions in one, adding auxiliary equipment. Small digging machine is focused on optimizing the design agency. The main task to design a large-scale digging machine, suitable for side roads, park, tree planting digging jobs on the green. The subject comes from actual production, at present, China is working to strengthen afforestation construction, especially in coastal areas of Jiangsu, government departments every year planning afforestation, reforestation, however there is a problem, we need to invest a lot of manpower, and now, the national advocacy green afforestation, reforestation for more effective, has a mechanical afforestation. The secondary design is self-propelled drill hollow cylinder design tree planting digging machine. Dongfeng EQ140 automobile chassis matches for afforestation and replace human labor, mechanization of afforestation. The design of the digging machine is a chassis mounted Dongfeng Motor hollow cylindrical drill digging machine by the transfer mechanism, support mechanism, slewing mechanism, the work of institutions; powered by an automobile engine via the transfer mechanism, hydraulic system to control the movement of each part, in order to achieve the digging operation. Keywords: afforestation machines, digging machines, Dongfeng Automobile chassis 目 錄 第1章 引言 1 1.1 選題背景及其意義 1 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 1 1.3 發(fā)展趨勢 5 1.4 研究內容 5 第2章 機動式空心鉆筒植樹挖坑機總體方案的設計 7 2.1總體方案 7 2.2工作裝置的設計 8 2.2.1挖坑裝置 8 2.2.2加壓裝置和減速裝置 9 2.2.3滑動導軌的選擇 9 2.3擬采取的技術措施 9 第3章 挖坑裝置的設計 11 3.1 鉆筒的設計 11 3.2 切削刀齒的設計 11 3.3 減速器的選型 13 3.4 主液壓馬達的選用 13 第4章 機動式空心鉆筒植樹挖坑機主要設計計算 14 4.1 加壓裝置油缸的設計 14 4.2 支塔液壓缸的設計 16 4.3 活塞的設計 18 4.4 導向套的設計與計算 18 4.5 端蓋和缸底的設計與計算 20 4.6 缸體長度的確定 21 4.7 緩沖裝置的設計 21 4.8 排氣裝置 21 4.9 密封件的選用 23 4.10 防塵圈 24 第5章 液壓泵的參數(shù)計算 25 5.1 電動機的選擇 25 5.2 液壓元件的選擇 26 5.2.1 液壓元件的選擇 26 5.2.2 油管的選擇 28 5.3 驗算液壓系統(tǒng)性能 29 5.3.1 壓力損失的驗算及泵壓力的調整 29 5.3.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗算 31 第6章 液壓站的設計 33 6.1液壓站簡介 33 6.2 油箱設計 33 6.2.1油箱有效容積的確定 33 6.2.2 油箱容積的驗算 34 6.2.3 油箱的結構設計 35 6.3 液壓站的結構設計 38 6.3.1 液壓泵的安裝方式 38 6.3.2 液壓泵與電動機的連接 39 6.4 輔助元件 41 6.4.1 濾油器 41 6.4.2 空氣濾清器 41 6.4.3 液位計 42 6.4.4 蓄能器 43 6.4.5 液壓油 45 結論 47 參考文獻 48 致 謝 49 第1章 引言 1.1 選題背景及其意義 本課題來源于生產實際,目前，我國正在大力加強植樹造林建設，特別是江蘇沿海地區(qū)，政府部門每年都規(guī)劃植樹造林，然而植樹造林存在一個問題，需要大量的人力來投入，而現(xiàn)在，國家倡導綠色造林，為了更有效的植樹造林,出現(xiàn)了機械造林。本課題是設計一臺植樹挖坑機，與東風EQ140汽車底盤相匹配，用于植樹造林，代替人力勞動，實現(xiàn)機械化造林。 我國在“十二五”規(guī)劃中把生存環(huán)境建設擺到了突出的戰(zhàn)略位置。我國三峽長江流域防護林體系建設工程、退耕還林工程中面積為26329.5萬公頃,森林面積為15874.1萬公頃，近年來人們越來越重視身邊的生態(tài)環(huán)境，“植樹造林,保護環(huán)境”已成為全民參與的一項大型義務活動，所以單靠手工種樹，已經不能滿足生態(tài)和發(fā)展的需求，機械化造林勞動效率高，減輕勞動強度，還能保證質量，降低成本，不僅能得到很好的經濟效益，又會帶來巨大的生態(tài)效益和社會效益。在國內，懸掛式挖坑機的生產和應用較為廣泛，該類挖坑機通常具有較大的功率，機動性強，能挖較大較深坑，大多應用與大面積植樹造林，但我國生產的技術水平比較低，在陡坡和復雜地區(qū)很難正常進行植樹挖坑作業(yè)，只能依靠手提式挖坑機。手提式挖坑機在我國剛剛嶄露頭角，很多方面不夠完善特別是在人機關系方面。相比之下，國外研究狀況要好一些。有日本生產的自走式高性能挖坑整地機采用柴油機作為動力，適用于坡度高達56°的陡坡作業(yè)，每天可挖坑植樹300～400個。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(jié)的，適用于平原地區(qū)大面積植樹造林，工作效率高。但國外的挖坑機大都價格昂貴。結合中外挖坑機的特點，本設計主要設計方向是質優(yōu)價廉，人機協(xié)調的懸掛式挖坑機。 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 中國植樹挖坑機產業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產業(yè)結構不合理、產業(yè)集中于勞動力密集型產品；技術密集型產品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家；生產要素決定性作用正在削弱；產業(yè)能源消耗大、產出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。我國植樹造林機具現(xiàn)狀我國植樹造林機械赴較晚，主要在南方為種植橡膠實現(xiàn)產業(yè)化，有為東方紅-75、熱特-25型拖拉機配套的植樹挖坑機，而北方地區(qū)為栽植果樹和防護林，也研制了為中型輪式拖拉機如上海-50、神牛-25型拖拉機配套的開溝機、植樹挖坑機，這種機具既可以挖植樹穴坑，也可以挖梯形溝槽用于果樹施溝肥。對大面積的機械植樹造林，多采用鏵式系歹開溝機，如1K-40、1K-50和1K-60型開溝機。我國植樹造林機械雖有多個品種，但由于栽種樹苗多在山地、坡地，土質條件復雜，影響了機械的使用效果，基本上用人工挖坑栽苗，使用生產的植樹挖坑機批量較小。 我國目前投入生產和主要使用的植樹挖坑機擁有多種形式的配套動力和挖頭結構。 不同的植樹環(huán)境要求挖坑機具有與之相適應的動力和連接方式、結構型式及重量限制、 鉆頭型式等。根據(jù)作業(yè)方式的不同我們可以簡單地將挖坑機分為便攜式與機載式兩大類，便攜式挖坑機包括手提式、背負式，機載式挖坑機包括懸掛式與牽引式等類型。挖坑機的鉆頭根據(jù)形狀可分為螺旋式鉆頭、螺旋帶型鉆頭、葉片型鉆頭和螺旋齒式鉆頭等。 （1） 手提式挖坑機 手提式挖坑機的結構一般由機架、操作裝置、發(fā)動機、離合器、減速器、鉆頭等部分組成。如圖 1-1所示。離合器是發(fā)動機和工作部件間的連接裝置，一般采用離心式摩擦離合器。當發(fā)動機達到一定轉速時，離合器主動盤重錘所產生的離心力克服了彈簧的拉力，離合器就自動接合，并經減速器將動力傳遞給鉆頭。減速器是挖坑機的重要部件，其作用是將發(fā)動機的轉速變?yōu)殂@頭的工作轉速，有圓柱齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器和擺線針齒減速器等類型。以采用擺線針齒減速器較普遍，它具有減速比大、體積小、重量輕、噪聲低和傳動平穩(wěn)等特點。操縱裝置常采用可拆卸式的手柄結構，可單人或雙人操作。鉆頭由鉆尖、刀片、導土片和鉆桿組成。鉆尖起定位作用，刀片用于切削土壤，導土片則主要起升土作用。作業(yè)時鉆頭垂直向下運動，在扭矩和軸向力的作用下切削土壤，切下的松碎土壤沿導土片工作面上升，運到地表后被拋離到坑的周圍。 手提式挖坑機結構緊湊，機體與汽油發(fā)動機裝配成整體，體積小、重量輕，機動靈活，由單人或雙人手提操作，適宜于拖拉機不能通過的地形復雜的山地、丘陵和溝壑地區(qū)，挖坑直徑和深度都比較小，也可用于果樹的追肥及埋設樁柱手提式挖坑機在我國起步較晚，但發(fā)展較快，雙人操作的便攜式挖坑機在我國使用比較普遍，生產的型號也比較多，如 3WB-3、3WS-5、WL200等，挖坑直徑約為 100~400mm、坑深為 200~600mm。 手提式挖坑機的適應性很強，不但作為植樹挖坑之用，也可在建筑工地、地質礦山電力交通等部門用于埋設樁、柱、勘探、打眼等作業(yè)。由于家庭及街道作業(yè)的緣故國外的手提式挖坑機興起較早，例如日本生產的 A-7 型手提式挖坑機質量僅為 7.0kg，采用H35D 發(fā)動機；A-8D 型挖坑機可挖坑徑范圍為 20~200mm。德國生產的 BT120C 型挖坑 機發(fā)動機功率 1.3kW，質量 8.2kg，鉆頭轉速 190r/min。 圖1-1 WL-200 型手提式挖坑機 （2）背負式挖坑機 背負式挖坑機如圖 1-2所示，單人操作，輕便，靈活，適用于山地、丘陵地帶作業(yè)， 適用于平緩地帶。此類挖坑機是利用防振架將發(fā)動機背在背后，通過撓性傳動軟軸，將發(fā)動機扭矩傳給鉆頭。操作人員需配有專用的防震護具。 圖 1-2 背負式挖坑機 （3） 懸掛式挖坑機 懸掛式挖坑機有多種形式?？梢酝ㄟ^液壓懸掛裝置掛在拖拉機后面，由拖拉機動力 輸出軸經傳動系統(tǒng)驅動鉆頭進行挖坑作業(yè)，也有用液壓馬達直接驅動鉆頭進行作業(yè)的。一般結構都是由傳動軸、減速器、鉆頭、拉桿和機架等組成（見圖 1-3），鉆頭一般采用雙螺旋型。有的挖坑機裝有兩個或兩個以上的鉆頭，稱多鉆頭挖坑機，能充分利用拖拉機的功率來提高生產率。為使鉆頭在工作時不因遇到石塊、樹根等障礙物超負荷時受損，在傳動軸上裝有牙嵌式離合器，在超負荷狀態(tài)下，離合器自動脫離，從而切斷動力的傳遞。 圖 1-3 3WH-60 型懸掛式挖坑機 懸掛式挖坑機由于動力較大，功效高，可挖較大的坑穴，主要用于平緩地形或拖拉 機可以通行的地域，鉆頭的升降通過拖拉機液壓系統(tǒng)操縱，挖坑直徑和深度都比較大。 坑徑多為 600mm~1000mm、深度可達到 1000mm。諸如內蒙古赤峰田豐農林機械廠生產的 3WH-60 型（如圖 1-3）、3WC-60 型懸掛式挖坑機，通遼林業(yè)機械制造廠生產的 3WG-60 型、4Z-130 型挖坑機，山東大豐機械廠生產的“大豐王”系列挖坑機 WKJ-60/70，配套不同動力的拖拉機可以挖掘不同直徑不同深度的樹坑。適合于平原、坡度小的山地、丘陵等地況作業(yè)，具有性能好、作業(yè)效率高的特點。 （4） 牽引式挖坑機 牽引式挖坑機的機器裝在小車上，由拖拉機牽引，掛接方便，不受拖拉機結構限制， 但結構復雜，機動性差； 我國在 2001 年由達拉特旗白土梁生態(tài)治理有限公司成功研制 并生產出 JYZ-80 型牽引式液壓植樹機。圖 1-4 為一種拖拉機牽引式深孔鉆。 圖 1-4 牽引式深孔鉆 國外一些專家學者對挖坑機鉆頭也做了大量的研究：Macpherson 用波動理論建立的鉆桿縱向、扭轉振動模型與實際測量結果進行比較。而 Millheim 等應用 D'Alembert 原理在靜力分析的基礎上引入慣性力和摩擦力，運用有限元方法建立鉆柱三維動態(tài)模型用以研究鉆柱動態(tài)行為對鉆頭軌跡的影響，給出了影響鉆頭軌跡的主要因素。Y.Altintas等建立了可描述不同形狀螺旋鉆刀片的動力學通用模型，用時變力系數(shù)的傅立葉級數(shù)展開給出了用于鉆削穩(wěn)定性解析預測鉆削過程的動力學模型及其一般數(shù)學表達式。E.Armarago 等提出了用正交切削數(shù)據(jù)計算切削過程剪切應力、剪切角、后刀面平均摩擦系數(shù)，把正交切削參數(shù)轉換到傾斜鉆削，預測傾斜鉆削力的方法。S.Jensen 給出的切削力模型考慮了進給速度、鉆尖處的幾何形狀以及對柔性工件的動態(tài)特性有影響的主軸軸向振動因素。 1.3 發(fā)展趨勢 植樹挖坑機未來的發(fā)展趨勢主要在以下幾個方面： （1）一機多能 在我國，植樹造林具有季節(jié)性和區(qū)域性的特點，機具作業(yè)時間短，間隔時間長，單一性能機具的年利用率很低，因此在今后的設計中，應盡量考慮一機多用問題。具體措施：一是更換不同的鉆頭，適應不同的土壤條件和工作環(huán)境；二是設計通用機架，在更換其它工作部件后即可完成其他營林作業(yè)項目，提高其利用率。 （2）人機和諧 凡是人使用的各種機械設備，都應進行完善的人-機工程學設計，以使其符合人的心理與生理學特性，從而最大限度地減輕使用者的操作疲勞和心理負擔，能夠使人舒適和高效率地工作，使整個人-機系統(tǒng)具有最和諧的人機關系和最優(yōu)的綜合效能。同時，要盡量減少噪音對操作者的影響，還需要考慮手提式挖坑機反向轉矩對操作者的安全問題，盡量把轉矩通過機械裝置釋放一些，提高操作者的安全系數(shù)。 （3）應用范圍 挖坑不僅適用于平原、沙地和丘陵，還能夠用于山地和溝壑；不僅適用于坡度56°以下的陡坡林地的整地挖坑，而且還適用于35°以下的坡地挖坑造林。 1.4 研究內容 本次設計的挖坑機是一種搭載在東風汽車底盤的空心鉆筒挖坑機，由分動機構、支撐機構、回轉機構、工作機構組成；由汽車發(fā)動機通過分動機構提供動力，液壓系統(tǒng)來控制各個部分的運動，從而實現(xiàn)挖坑作業(yè)。主要研究內容包括以下部分： 1 支撐機構 支撐機構主要包括液壓缸和支撐導軌。液壓泵將發(fā)動機的機械能轉換為液壓能使液壓缸工作支撐起整個工作機構，同時需要導軌的導向作用，來確定工作機構工作時的平穩(wěn)。 2 分動機構 從汽車發(fā)動機輸出的動力，通過齒輪傳動輸入到液壓泵中提供動力。 3 液壓系統(tǒng) 液壓控制系統(tǒng)由各自獨立的液壓回路組成，主泵通過各液壓回路控制油缸和液壓馬達，使操作機產生相應動作。 4 工作裝置 工作裝置主要包括加壓裝置，減速裝置，和挖坑裝置，通過加壓裝置使整個鉆筒上下移動，減速裝置中，通過液壓馬達帶動減速器使鉆桿以要求的轉速旋轉帶動鉆筒進行挖坑工作。 5 其他輔助裝置 其他輔助裝置有支腿機構和回轉機構，配合整個挖坑機在載體上的位置放置和挖坑工作。 第2章 機動式空心鉆筒植樹挖坑機總體方案的設計 2.1總體方案 本課題設計的挖坑機主要安裝在東風EQ140汽車底盤的基礎上,由分動裝置、回轉機構、支腿機構、支撐機構、挖坑裝置等組成?？傮w方案如圖4-1所示。 分動裝置的輸入軸它將汽車發(fā)動機的動力接出，驅動二個柱塞泵和一個齒輪泵，為挖坑機提供動力。任何機械都是由若干個構件所組成的，組成機械的各個構件之間具有確定的相對運動。如圖4.1所示。 回轉機構采用Q2-3汽車起重機的回轉機構，有液壓馬達驅動，轉盤可作270°范圍內的回轉，能使挖坑機的鉆頭在汽車后方和左右兩方的旋轉弧線上任一點位置進行挖坑作業(yè)。 支腿機構由四只支腿組成，在工作時支撐于地面，以增加作業(yè)時整機的穩(wěn)定性，支腿的放下、支撐和收起均由各自的液壓缸驅動。支塔機構用于支撐鉆塔，運輸時通過支塔液壓缸缸將挖坑裝置傾倒置于車廂前部的支架上，工作時將挖坑裝置支撐于直立位置。挖坑裝置由筒形鉆頭、減速器、主液壓馬達加壓裝置和鉆塔等組成。 加壓裝置在鉆塔內，其加壓油缸的活塞桿與鉆桿用特殊的接頭連接，可以在鉆桿旋轉時仍能保證傳遞向下的進給力，活塞桿向上時，可將鉆頭從土壤中提升踹。鉆頭與鉆桿連結，鉆桿上部為方軸，與減速箱被動齒輪的方孔配合，可在方孔中上下移動而不影響扭矩的傳遞。液壓馬達通過減速器驅動鉆頭，帶合金鋼切削齒的空心鉆筒可以破碎堅硬的地表層。 空心鉆筒植樹挖坑機為全液壓系統(tǒng)傳動，其液壓系統(tǒng)由兩個液壓馬達、三泵、雙回路組成，分為主油路和副油路。主油路的動力是兩個柱塞泵、直接驅動主液壓馬達和加壓液壓缸使筒形鉆頭工作；副油路則由一個齒輪泵提供動力給其它執(zhí)行元件（如回轉盤、支腿、支塔旋轉等）。工作時，支塔處于垂直位置；不工作時（閑置和移動途中）支塔轉至一定角度收放于汽車底盤上。 圖2-1 為機動式空心鉆筒植樹挖坑機的示意圖 2.2工作裝置的設計 2.2.1挖坑裝置 （1）鉆筒的設計 本設計是空心鉆筒植樹挖坑機，空心鉆筒的作用是將刀齒旋轉運動帶出來的土壤通過鉆筒內側的螺旋線型突起留在鉆筒內部而不會掉落在坑內，挖坑動作完成以后，通過挖坑裝置回放的小幅振動或人工將土壤從鉆筒里掉落。鉆筒采用45 鋼鍛造，直徑600mm,在鉆筒外緣一共裝八把刀齒，為了安裝刀齒方便，鍛造完成后，在360°方向上對稱磨八個平面，方便了刀齒刀柄部分螺栓的連接。鉆筒無底無蓋，為了將旋轉運動傳遞給鉆筒，在鉆筒上方焊接了4 根鋼條，為了保證法蘭安裝的精度，在鋼條上部再焊接一條方形鋼板，用來安裝法蘭。 （2）切削刀齒的設計 本植樹挖坑機的硬質合金切削刀齒,可以在鉆筒旋轉運動和加壓液壓缸的壓力作用下, 實現(xiàn)刀齒的切土和拋土，從而實現(xiàn)挖坑功能。硬質合金切削刀齒在土中旋轉過程中將土壤破碎，向上扛起使其松動。被松碎的土壤在旋轉作用下一部分拋離地面，大部分被卷入鉆筒中，通過鉆筒內的螺旋線旋轉形狀來留在鉆筒內部。切削刀齒用螺栓固定在鉆筒外側，在挖坑時利用刀齒的旋轉運動將下層的土壤松動，利用鉆筒的向下運動將土層卷到空心鉆筒中，完畢后利用液壓缸的提升和轉向作用，使土壤從鉆筒中掉落出來,從而完成挖坑任務。 2.2.2加壓裝置和減速裝置 （1）減速器的選型，根據(jù)課題要求進行計算選型需要市場上可以購買到的減速器。適當降低速度，增加扭矩。 （2）空心鉆筒挖坑機液壓系統(tǒng)設計 該機為全液壓系統(tǒng)傳動，其液壓系統(tǒng)由兩個油馬達、三泵、雙回路組成，分為主油路和副油路。主油路的動力是兩個柱塞泵、直接驅動主液壓馬達和加壓液壓缸 使筒形鉆頭工作；副油路則由一個齒輪泵提供動力給其它執(zhí)行元件（如回轉盤、支腿、支塔旋轉等） 2.2.3滑動導軌的選擇 根據(jù)減速器箱體和外箱體的尺寸和受力情況，選用燕尾型滑動導軌。導軌材料應具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小和動靜摩擦系數(shù)差小。 2.3擬采取的技術措施 機動式空心鉆筒植樹挖坑機的設計針對市場的需要而設計的，采用利用現(xiàn)成的機器為動力源，采用液壓組件作為驅動力，節(jié)省空間，結構簡單，有利用降低成本。 挖坑機結構簡單、操作方便，實現(xiàn)了挖坑和行進的自由切換，亦可根據(jù)不同的挖坑要求更換鉆頭，從而滿足不同作業(yè)的要求。 （1） 在傳動系統(tǒng)方面，可設計研究自走式挖坑機專用的減速器，集離合切換操作， 通過選擇現(xiàn)成的減速器組件，可以降低生產成本，可以減小設計空間使設備更具緊湊性。 （2） 進一步改進鉆頭的可拆卸、更換性，使其更靈活方便；以及對外形結構的優(yōu) 化、附屬裝置的設計，諸如非工作時段鉆頭的放置問題、坡度太大造成設備過度傾斜的問題、操作桿可調性、降低操作人員的振動疲勞等，從而使自走挖坑機更具人性化、合理化。 在刀齒的設計中，切削刀齒的設計選擇接近于銑刀的設計。由農林業(yè)刀具文摘查：刀齒的厚度＞20mm，一般在接近地表處r=50°—70°,這樣可使刀齒具有良好的松土推土性能和較少的能量消耗。在插入土壤時受力較大，為了避免應力集中，故有小加強肋， 刀齒刀柄與鉆筒處為螺栓連接，提高刀齒的使用壽命，方便刀齒的互換和安裝，從而能有效地滿足當今市場上對機動式空心鉆筒植樹挖坑機的需求，且具有如下的優(yōu)點:傳動平穩(wěn)，傳動效率搞，生產效率高，勞動強度低，產品質量好，經濟性好，人性化等優(yōu)點。 第3章 挖坑裝置的設計 3.1 鉆筒的設計 本 設計是空心鉆筒植 樹挖坑機，空心鉆 筒的作用是將刀齒旋 轉運動帶出來的土壤通過鉆筒內側的螺旋線型突起留在鉆筒內部而不會掉落在坑內，挖坑動作完成以后，通過工作裝置回放的小幅振動或人工將土壤從鉆筒里掉落。鉆筒采用 45 鋼鍛造，直徑 600mm,在鉆筒外緣一共裝八把刀齒，為了安裝刀齒方便，鍛造完成后，在 360°方向上對稱磨八個平面，方便了刀齒刀柄部分螺栓的連接。 鉆筒無底無蓋，為了將旋轉運動傳遞給鉆筒，在鉆筒上方焊接了 4 根鋼條，為了保證法蘭安裝的精度，在鋼條上部再焊接一條正方形鋼板，用來安裝法蘭。鉆筒的尺寸詳見零件圖。 圖3-1　鉆筒零件圖 3.2 切削刀齒的設計 本 植樹挖坑機的 硬質合金切 削刀齒,可以 在鉆筒旋轉 運動和加壓液 壓缸的壓力作用下, 實現(xiàn)刀齒的切土和拋土，從而實現(xiàn)挖坑功能。 硬質合金切削刀齒在土中旋轉過程中將土壤破碎，向上扛起使其松動。被松碎的土壤在旋轉作用下一部分拋離地面，大部分被卷入鉆筒中，通過鉆筒內的螺旋線旋轉形狀來留在鉆筒內部。 切削刀齒用螺栓固定在鉆筒外側，在挖坑時利用刀齒的旋轉運動將下層的土壤松動，利用鉆筒的向下運動將土層卷到空心鉆筒中，完畢后利用液壓缸的提升和 轉向作用，使 土壤從鉆筒中 掉落出來,從 而完成挖坑任 務。在刀齒的 設計中，切 削刀齒的 設計選擇 接近于 銑刀的設 計。由農 林業(yè)刀具 文摘查： 刀齒的 厚度＞20mm，一般在接近地表處 r=50°—70°,這樣可使刀齒具有良好的松土推土性能和較少的能量消耗。在插入土壤時受力較大，為了避免應力集中，故有小加強肋，刀齒刀柄與鉆筒處為螺栓連接，提高刀齒的使用壽命，方便刀齒的互換和安裝。 圖3-2　切削刀齒零件圖 刀齒前棱的水平斷面為平口，此角的大小對刀齒的形狀和刀齒側板的挖土情況有很大影響。由于刀齒的形狀是以中心縱向垂直平面為對稱平面的對稱形，刀齒的水平斷面為方頭。 當?shù)洱X旋轉運動時土壤沿刀齒表面滑動，而產生側板粘土和擠土現(xiàn)象。刀齒前方刀口部分底部的寬度 bk 要選擇適當，為了減少刀齒的阻力，減小刀齒的應力集中現(xiàn)象的發(fā)生，所以本設計取 bk =26mm。 刀 齒的 高度 H 應 使土 壤不能 便落 入溝中 ，并 且便于 裝配 在鉆 筒上。 選用H=108mm。所以刀齒的最大高度 hm 設定為 108mm。 綜上，刀齒的各尺寸參數(shù)確定如下： 刀齒裝配柄高度為 20mm，裝配柄寬度為 38mm，刀齒高度為 108mm，刀齒寬度為 27mm。 刀齒各組成部件、具體尺寸見圖紙。 切削刀齒刀柄部分螺紋采用內螺紋，通過螺栓固定在植樹挖坑機的鉆筒外側上。安裝時應使刀齒切削刃部分與鉆筒的旋轉方向保持一致。 3.3 減速器的選型 選擇WH系列 減速比為20的蝸桿減速器 圖3-3　蝸桿減速器 3.4 主液壓馬達的選用 已知鉆桿的轉速,M=4.5 假設，減速器采用一級蝸桿減速器，， ，，， 第4章 機動式空心鉆筒植樹挖坑機主要設計計算 基本技術數(shù)據(jù)，是根據(jù)用途及結構類型來確定的，它反映了工作能力及特點，也基本上上確定了輪廓尺寸及本體總質量等。 4.1 加壓裝置油缸的設計 主液壓缸采用單作用柱塞式套缸，缸徑較大，能提供很大載荷作用下的舉升力，同時能夠滿足靠重力回落和撤收的要求。并且工作過程為快進→工進→快退三個過程的工作循環(huán)。液壓缸的機械效率 工進時候的負載是最大的， 液壓缸內徑的計算 D=×10-3=78mm 查《液壓傳動與控制手冊》經過標準化處理D=80mm。 表4.1 液壓缸內徑系列 mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 1.液壓缸缸體厚度計算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當液壓缸的工作壓力較高和缸體內經較大時，必須進行強度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。 式中，——實驗壓力，MPa。當液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時，Py=1.5Pn，當Pn16MPa時，Py=1.25Pn。 []——缸筒材料許用應力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強度。 注：1.額定壓力Pn 額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=5MPa 2.最高允許壓力Pmax Pmax1.5Pn=1.255=6.375MPa 液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強度：σb=600MPa 安全系數(shù)n按《液壓傳動與控制手冊》P243表2—10，取n=5。 則許用應力[]==120MPa = =2.66mm ,滿足。所以液壓缸厚度取5mm。 則液壓缸缸體外徑為90mm。 4.液壓缸長度的確定 液壓缸長度L根據(jù)工作部件的行程長度確定。從制造上考慮，一般液壓缸的長度L不會大于液壓缸直徑的20到30倍。這里取10倍。 L=800 選擇油缸型號為HSGK01-80/45E-3111-800 活塞桿直徑的設計 查《液壓傳動與控制手冊》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當活塞桿受拉時，一般選取d/D=0.3-0.5，當活塞桿受壓時，一般選取d/D=0.5-0.7。本設計我選擇d/D=0.55，即d=0.55D=0.55×80=44mm。 表4.2 活塞桿直徑系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 故取d=45mm。 2.活塞桿強度計算： <56mm （4-4） 式中 ————許用應力；（Q235鋼的抗拉強度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強度適中） 3．活塞桿的結構設計 活塞桿的外端頭部與負載的拖動電機機構相連接，為了避免活塞桿在工作生產中偏心負載力，適應液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應根據(jù)負載的具體情況，選擇適當?shù)幕钊麠U端部結構。 4.活塞桿的密封與防塵 活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設計和維護，本方案選擇O型密封圈。 液壓缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機構實際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標準值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。 表4-4（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6] 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表4-4（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6] 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表4-4（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80）[6] 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 行程為800。 4.2 支塔液壓缸的設計 1. 工作壓力P=5Mpa 2. 液壓缸內徑的計算 D=×10-3 =×10-3 =0.586m =56.6mm 查《液壓傳動與控制手冊》經過標準化處理D=63mm。 表4.1 液壓缸內徑系列 mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 3. 液壓缸缸體厚度計算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當液壓缸的工作壓力較高和缸體內經較大時，必須進行強度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。 式中，——實驗壓力，MPa。當液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時，Py=1.5Pn，當Pn16MPa時，Py=1.25Pn。 []——缸筒材料許用應力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強度。 注：1.額定壓力Pn 額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=15.1MPa 2.最高允許壓力Pmax Pmax1.5Pn=1.2515.3=19.125MPa 液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強度：σb=600MPa 安全系數(shù)n按《液壓傳動與控制手冊》P243表2—10，取n=5。 則許用應力[]==120MPa = =2.66mm ,滿足。所以液壓缸厚度取5mm。 則液壓缸缸體外徑為73mm。 4.液壓缸長度的確定 液壓缸長度L根據(jù)工作部件的行程長度確定。從制造上考慮，一般液壓缸的長度L不會大于液壓缸直徑的20到30倍。 4.3 活塞的設計 由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復滑動，因此，它與缸筒的配合應適當，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內部泄露，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設計性能。 活塞與缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封）、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長的活塞密封）、密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括O形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間小）、Y形密封圈（用在20Mpa壓力下、往復運動速度較高的液壓缸密封）、形密封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代Y形密封圈）、V形密封圈（可用于50Mpa壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大）。綜合以上因素，考慮選用O型密封圈。 4.4 導向套的設計與計算 1.最小導向長度H的確定 當活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度[1]。如果導向長度過短，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設計時必須保證液壓缸有一定的最小導向長度。根據(jù)經驗,當液壓缸最大行程為L,缸筒直徑為D時,最小導向長度為: （4-5） 一般導向套滑動面的長度A，在缸徑小于80mm時取A=(0.6~1.0)D，當缸徑大于80mm時取A=(0.6~1.0)d.。活塞寬度B取B=(0.6~1.0)D。若導向長度H不夠時,可在活塞桿上增加一個導向套K(見圖4-1)來增加H值。隔套K的寬度。 圖4-1 液壓缸最小導向長度[1] 因此:最小導向長度，取H=9cm； 導向套滑動面長度A= 活塞寬度B= 隔套K的寬度 2.導向套的結構 導向套有普通導向套、易拆導向套、球面導向套和靜壓導向套等，可按工作情況適當選擇。 1）普通導向套 這種導向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內的壓力油起潤滑作用和張開密封圈唇邊而起密封作用[6]。 2）易拆導向套 這種導向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當導向套和密封圈磨損而需要更換時，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經常更換導向套和密封圈而又不允許拆卸液壓缸的情況下。 3）球面導向套 這種導向套的外球面與端蓋接觸，當活塞桿受一偏心負載而引起方向傾斜時，導向套可以自動調位，使導向套軸線始終與運動方向一致，不產生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導向套的內孔磨損也比較均勻。 4）靜壓導向套 活塞桿往復運動頻率高、速度快、振動大的液壓缸，可以采用靜壓導向套。由于活塞桿與導向套之間有壓力油膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力油中浮動，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同軸度高，但制造復雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。 4.5 端蓋和缸底的設計與計算 在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強度。端蓋上有活塞桿導向孔（或裝導向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復雜，設計的不好容易損壞。 1.端蓋的設計計算 端蓋厚h為： 式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm； P——液壓力，； ——密封環(huán)形端面平均直徑，cm； ——材料的許用應力，。 2.缸底的設計 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。 3.端蓋的結構 端蓋在結構上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導向，密封和防塵等問題[6]。缸體端部的連接形式有以下幾種： A．焊接 特點是結構簡單，尺寸小，質量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內缸不易加工。主要用于柱塞式液壓缸。 B．螺紋連接（外螺紋、內螺紋） 特點是徑向尺寸小，質量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應與內徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時應防止密封圈扭曲。 C．法蘭連接 特點是結構較簡單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應燉粗。 D．拉桿連接 特點是結構通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質量大。用于載荷較大的雙作用缸。 E．半球連接，它又分為外半環(huán)和內半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點是質量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應加厚。內半環(huán)連接的特點是結構緊湊，質量小。安裝時端部進入缸體較深，密封圈有可能被進油口邊緣擦傷。 F．鋼絲連接 特點是結構簡單，尺寸小，質量小。 4.6 缸體長度的確定 液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般液壓缸缸體長度不應大于缸體內經的20~30倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。 4.7 緩沖裝置的設計 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質量，在液壓力的驅動下運動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當桿頭進入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴重影響液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的強度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現(xiàn)速度的遞減，直至為零。 當液壓缸中活塞活塞運動速度在6m/min以下時，一般不設緩沖裝置，而運動速度在12m/min以上時，不需設置緩沖裝置。在該組合機床液壓系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為4m/min,因此沒有必要設計緩沖裝置。 4.8 排氣裝置 如果排氣裝置設置不當或者沒有設置排氣裝置，壓力油進入液壓缸后，缸內仍會存在空氣[6]。由于空氣具有壓縮性和滯后擴張性,會造成液壓缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響液壓缸的正常工作。比如液壓導軌磨床在加工過程中，這不僅會影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會損壞砂輪和磨頭等機構。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓缸上設置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力油輕，總是向上浮動，因此水平安裝的液壓缸，其位置應設在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應設在端蓋的上方。 一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖4-2（a）所示。 表4-5 排氣閥（塞）尺寸[6] d 閥座 閥桿 孔 c D M16 6 11 6 19.2 9 3 2 31 17 10 8.5 3 48 4~6 23 M20x2 8 14 7 25.4 11 4 3 39 22 13 11 4 59 4~8 28 圖4-2 (a) 整體排氣孔 圖4-2（b） 組合排氣孔 圖4-2（c） 整體排氣閥零件結構尺寸 由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內空氣從錐面空隙中擠出來并經過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。組合排氣塞如圖4-2（b）所示，一般由絡螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見4-2（c）以及表4-2（d）。 圖4-2（d） 組合排氣閥零件結構尺寸 4.9 密封件的選用 1.對密封件的要求 液壓缸工作中要求達到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設計時，正確地選擇密封件、導向套（支承環(huán)）和防塵圈的結構形式和材料是很重要的。從現(xiàn)在密封技術來分析，液壓缸的活塞和活塞桿及密封、導向套和防塵等應作為一個綜合的密封系統(tǒng)來考慮，具有可靠的密封系統(tǒng)，才能式液壓缸具有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。 在液壓元件中，對液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊材料液壓缸，如擺動液壓缸等。液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度適應范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當?shù)臋C械強度，摩擦阻力小，容易制造和裝卸，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補償磨損。 密封件一般以斷面形狀分類。有O形、U形、V形、J形、L形和Y形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。 2.O形密封圈的選用 液壓缸的靜密封部位主要是活塞內孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內孔、缸蓋與缸體端面等處[6]。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外，就會引起過量的內漏和外漏。 靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。O形密封圈雖小，確實一種精密的橡膠制品，在復雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性能。在設計選用時，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護措施，才能達到較滿意的密封效果。 安裝O形圈的溝槽有多種形式，如矩形、三角形、V形、燕尾形、半圓形、斜底形等，可根據(jù)不同使用條件選擇，不能一概而論。使用最多的溝槽是矩形，其加工簡便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉等現(xiàn)象。 3.動密封部位密封圈的選用 液壓缸動密封部位主要有活塞與缸筒內孔的密封、活塞桿與支承座（導向套）的密封等。 形密封圈是我國液壓缸行業(yè)使用極其廣泛的往復運動密封圈。它是一種軸、孔互不通用的密封圈。一般，使用壓力低于16MPa時，可不用擋圈而單獨使用。當超過16MPa并用于活塞動密封裝置時，應使用擋圈，以防止間隙“擠出”。 4.10 防塵圈 防塵圈設置與活塞桿或柱塞密封外側，用于防止外界塵埃、沙粒等異物侵入液壓缸，從而可以防止液壓油被污染導致元件磨損。 1.防塵圈 A型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈，適于在A型密封結構形式內安 裝，起防塵作用。 B型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈，適于在B型密封結構形式 內安裝，起防塵作用。 C型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在C型結構形式內安裝，起防塵 和輔助密封的作用。 2.防塵罩 防塵罩采用橡膠或尼龍、帆布等材料制作。在高溫工作時，可用氯丁橡膠，可在130℃以下工作。如果溫度再高時，可用耐火石棉材料。當選用防塵伸縮套時，要注意在高頻率動作時的耐久性，同時注意在高速運動時伸縮套透氣孔是否能及時導入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給液壓缸的裝配調整會帶來一些困難。 第5章 液壓泵的參數(shù)計算 可知工進階段液壓缸壓力最大，若取進油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動作需要壓力差為，則液壓泵 最高工作壓力可按式算出： 因此泵的額定壓力可取1.2546.3Pa=58Pa。 雙聯(lián)油泵：大泵流量43升/分，小泵流量19升/分 雙聯(lián)油泵：大泵流量43升/分，小泵流量19升/分 根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產品樣本，選用申液SV2010-4P9P1020（29L+13.1/r)泵，額定轉速1500r/min。 圖5-1　液壓泵 5.1 電動機的選擇 系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，兩個泵同時向系統(tǒng)供油；工進時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載[1]。 雙聯(lián)油泵：大泵流量43升/分，小泵流量19升/分 下面分別計算所需要的電動機功率P。 考慮到調速閥所需最小壓力差。壓力繼電器可靠動作需要壓力差。 因此工進時小泵的出口壓力為： 。而大泵的卸載壓力取。（小泵的總效率=0.565，大泵的總效率=0.3）。 雙聯(lián)油泵：大泵流量43升/分，小泵流量19升/分 電動機功率為： 綜合所需功率據(jù)此查樣本選用Y160ML-4-B5 15KW異步電動機,電動機功率為15KW（躍進廠）。 圖5-2 （躍進廠）Y160ML-4-B5電機 5.2 液壓元件的選擇 5.2.1 液壓元件的選擇 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格[1]。本例所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，確定為10L/min，25L/min和63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號列于表5-1中，過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。 表5-1 液壓元件明細表 電動機1 Y160ML-4-B5 15KW 臺 2 躍進廠 液壓泵1 SV2010-4P9P1020（29L+13.1