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(chǎn)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(jīng)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(zhì)量，降低成本，不僅能得到很好的經(jīng)濟效益，又會帶來巨大的生態(tài)效益和社會效益。在國內(nèi)，懸掛式挖坑機的生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)的懸掛式三鉆頭挖坑機鉆頭之間的距離是可調(diào)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(zhì)優(yōu)價廉，人機協(xié)調(diào)的懸掛式挖坑機。 2文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 中國植樹挖坑機產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結構不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動力密集型產(chǎn)品；技術密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)的植樹挖坑機批量較小。 我國目前投入生產(chǎn)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(chǎn)生的離心力克服了彈簧的拉力，離合器就自動接合，并經(jīng)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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)的 A-7 型手提式挖坑機質(zhì)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(chǎn)的 BT120C 型挖坑 機發(fā)動機功率 1.3kW，質(zhì)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(jīng)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(chǎn)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(nèi)蒙古赤峰田豐農(nóng)林機械廠生產(chǎn)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(chǎn)的 3WG-60 型、4Z-130 型挖坑機，山東大豐機械廠生產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(nèi)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(nèi)，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(nèi)側的螺旋線型突起留在鉆筒內(nèi)部而不會掉落在坑內(nèi)，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(zhì)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(zhì)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(nèi)的螺旋線旋轉形狀來留在鉆筒內(nèi)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(chǎn)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(diào)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(nóng)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(chǎn)效率高，勞動強度低，產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)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(nèi)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. 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