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南京林業(yè)大學
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目： 小型挖坑機的設(shè)計
學 院： 南方學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學 號： N090301122
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
第 1 頁
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
目錄
*1 引言...................................................................................................................................................................... 5
*2 方案對比與結(jié)構(gòu).................................................................................................................................................. 5
*2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀...................................................................................................................................... 5
*2.2 挖坑機的構(gòu)造.......................................................................................................................................... 7
*2.2.1 挖坑機的工作條件 ...................................................................................................................... 7
*2.2.2 挖坑機的分類............................................................................................................................... 7
*2.2.3 挖坑機的鉆頭.............................................................................................................................. 8
*3 手提式挖坑機的設(shè)計 .......................................................................................................................................... 9
*3.1 手提式挖坑機的工作原理 ...................................................................................................................... 9
*3.2 動力選擇................................................................................................................................................ 11
*3.3 螺旋鉆頭的設(shè)計和計算 ......................................................................................................................... 12
*3.3.1 螺旋工作面的設(shè)計 ..................................................................................................................... 12
*3.3.2 刀片的設(shè)計................................................................................................................................ 12
*3.3.3 鉆尖的設(shè)計................................................................................................................................ 13
*3.4 離合器的設(shè)計.......................................................................................................................................... 14
*3.5 減速器的設(shè)計.......................................................................................................................................... 22
*4 發(fā)展趨勢............................................................................................................................................................ 32
*4.1 一機多能........................................................................................................................................ 32
*4.2 人機和諧........................................................................................................................................ 32
*4.3 應用范圍........................................................................................................................................ 32
*參考文獻................................................................................................................................................................ 33
第 2 頁
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
摘要
本文介紹了手提式挖坑機的相關(guān)背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、挖坑機的設(shè)計要求及其類型、工作原
理、技術(shù)性能。通過對原始數(shù)據(jù)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(shè)計。在此基礎(chǔ)上對手提式挖坑機從結(jié)構(gòu)原理、動力選擇 、離合器的設(shè)計、螺旋鉆頭的設(shè)計、減速器
設(shè)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(shè)計在全面考慮多齒嚙合、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運動學和動力學的要求，實現(xiàn)高承載能力、
高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動力學性能等指標，而且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計了該具有合理
結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。
本設(shè)計建立了合理的動力分析數(shù)學模型，對擺線針輪傳動中的擺線輪、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)臂軸承、各支承軸承的壽命，分析結(jié)果可
以看到，各軸承性能指標均符合要求。
利用Auto CAD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(shè)計擺線針輪減速器，具有設(shè)計快捷、方便等特點。研究結(jié)果對提高設(shè)計的速
度、質(zhì)量具有重要意義。
第 3 頁
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
Abstract：
********This article introduces the portable digger including the relevant
background ， overseas and domestic research status ， the design requirements and
*the type of the digger ， operating principle ， technical characteristic 。 By
analysising and comparing the the original data，The cycloid—gear reducer is one
of the most important transmission components of the pumping unit by its smaller
*volume ， lighter weight and effective transmission. In order to realize four
targets which include high transmission efficiency, high reliability and the
excellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receive
high efficiency of transmission, and make it easy for manufacture, assembly and
inspection, we thought over all the requests in the round and design the rational
structure cycloid—gear reducer.
In this design，we built the exact force analysis mathematical
model of the cycloid—gear reducer, analyzed the forces born by the cycloid-gear,
the bearings and the shaft, and produce the Matlab language software analyze of
the forces analysis. We analyzed the forces of parts in the cycloid—gear reducer
and calculated the intensity and the life of parts. From analyzed the results, we
found the parts are our requests.
When we establish the three—dimensional structure of the Planet—cycloid
Reducer model with the software UG，Carry on visual design and virtual assemble
and drawing paper．The result of study have the guide meaning to accelerate design
speed and quantities of the Planet—cycloid Reducer．
第 4 頁
1.引言：
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
我國的森林資源不足，森林覆蓋率很低。從國家林業(yè)局公布的第六次全國森林資源調(diào)查
*結(jié)果來看，目前我國森林資源現(xiàn)狀是：林 業(yè)用地面活立木總蓄積量為 124.9 億 m ；森林蓄
*積量為 112.7 億 m ；除臺灣省外，全國人工林 面積為 46666.7 萬 m3；人工林蓄積為 10.1
億 m3。從以上調(diào)查數(shù)字可以看出，全國森林覆蓋率
(27%) 的 61.3% ；我國人均森林面積和人均森林蓄積分別
為 16.55%，僅相當于世界森林覆蓋率
*相當于世界人均水平的 1/5 和
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
南京林業(yè)大學
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目： 小型挖坑機的設(shè)計
學 院： 南方學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學 號： N090301122
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
第 1 頁
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
目錄
1 引言...................................................................................................................................................................... 5
2 方案對比與結(jié)構(gòu).................................................................................................................................................. 5
2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀...................................................................................................................................... 5
2.2 挖坑機的構(gòu)造.......................................................................................................................................... 7
2.2.1 挖坑機的工作條件 ...................................................................................................................... 7
2.2.2 挖坑機的分類............................................................................................................................... 7
2.2.3 挖坑機的鉆頭.............................................................................................................................. 8
3 手提式挖坑機的設(shè)計 .......................................................................................................................................... 9
3.1 手提式挖坑機的工作原理 ...................................................................................................................... 9
3.2 動力選擇................................................................................................................................................ 11
3.3 螺旋鉆頭的設(shè)計和計算 ......................................................................................................................... 12
3.3.1 螺旋工作面的設(shè)計 ..................................................................................................................... 12
3.3.2 刀片的設(shè)計................................................................................................................................ 12
3.3.3 鉆尖的設(shè)計................................................................................................................................ 13
3.4 離合器的設(shè)計.......................................................................................................................................... 14
3.5 減速器的設(shè)計.......................................................................................................................................... 22
4 發(fā)展趨勢............................................................................................................................................................ 32
4.1 一機多能........................................................................................................................................ 32
4.2 人機和諧........................................................................................................................................ 32
4.3 應用范圍........................................................................................................................................ 32
參考文獻................................................................................................................................................................ 33
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南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
摘要
本文介紹了手提式挖坑機的相關(guān)背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、挖坑機的設(shè)計要求及其類型、工作原
理、技術(shù)性能。通過對原始數(shù)據(jù)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(shè)計。在此基礎(chǔ)上對手提式挖坑機從結(jié)構(gòu)原理、動力選擇 、離合器的設(shè)計、螺旋鉆頭的設(shè)計、減速器
設(shè)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(shè)計在全面考慮多齒嚙合、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運動學和動力學的要求，實現(xiàn)高承載能力、
高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動力學性能等指標，而且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計了該具有合理
結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。
本設(shè)計建立了合理的動力分析數(shù)學模型，對擺線針輪傳動中的擺線輪、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)臂軸承、各支承軸承的壽命，分析結(jié)果可
以看到，各軸承性能指標均符合要求。
利用Auto CAD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(shè)計擺線針輪減速器，具有設(shè)計快捷、方便等特點。研究結(jié)果對提高設(shè)計的速
度、質(zhì)量具有重要意義。
第 3 頁
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
Abstract：
This article introduces the portable digger including the relevant
background ， overseas and domestic research status ， the design requirements and
the type of the digger ， operating principle ， technical characteristic 。 By
analysising and comparing the the original data，The cycloid—gear reducer is one
of the most important transmission components of the pumping unit by its smaller
volume ， lighter weight and effective transmission. In order to realize four
targets which include high transmission efficiency, high reliability and the
excellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receive
high efficiency of transmission, and make it easy for manufacture, assembly and
inspection, we thought over all the requests in the round and design the rational
structure cycloid—gear reducer.
In this design，we built the exact force analysis mathematical
model of the cycloid—gear reducer, analyzed the forces born by the cycloid-gear,
the bearings and the shaft, and produce the Matlab language software analyze of
the forces analysis. We analyzed the forces of parts in the cycloid—gear reducer
and calculated the intensity and the life of parts. From analyzed the results, we
found the parts are our requests.
When we establish the three—dimensional structure of the Planet—cycloid
Reducer model with the software UG，Carry on visual design and virtual assemble
and drawing paper．The result of study have the guide meaning to accelerate design
speed and quantities of the Planet—cycloid Reducer．
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1.引言：
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
我國的森林資源不足，森林覆蓋率很低。從國家林業(yè)局公布的第六次全國森林資源調(diào)查
結(jié)果來看，目前我國森林資源現(xiàn)狀是：林 業(yè)用地面活立木總蓄積量為 124.9 億 m ；森林蓄
積量為 112.7 億 m ；除臺灣省外，全國人工林 面積為 46666.7 萬 m3；人工林蓄積為 10.1
億 m3。從以上調(diào)查數(shù)字可以看出，全國森林覆蓋率
(27%) 的 61.3% ；我國人均森林面積和人均森林蓄積分別
為 16.55%，僅相當于世界森林覆蓋率
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(guī)劃中，把 生態(tài)環(huán)境建設(shè)擺到了突出的戰(zhàn)
略位置。我國三北及長江流域防護林體系建設(shè)工程、退耕還林 工程、積為 26329.5 萬 hm2；
森林面積為 15894.1 萬 mm2；速生豐產(chǎn)用材林基地建設(shè)工程等六大 林業(yè)重點工程的制定和實
施，體現(xiàn)了黨中央、國務院對我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)的高度重視，受到 社會各界廣泛關(guān)注，農(nóng)民
群眾普遍歡迎。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。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(zhì)量、降低生產(chǎn)成
本、提高經(jīng)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(shè)樁柱和炸藥等作業(yè)，具有挖坑質(zhì)量好、作業(yè)效率高等優(yōu)
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(zhì)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(jīng)濟效益等有重要意義。
2 方案對比與結(jié)構(gòu)
2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
在國內(nèi)懸掛式挖坑機的生產(chǎn)和應用較為廣泛。內(nèi)蒙古赤峰田豐農(nóng)林機械廠、山東大豐機
械有限公司、哈爾濱林業(yè)福馬機電設(shè)備公司及寧夏自治區(qū)農(nóng)業(yè)機械研究所等１０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
第 5 頁
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
坑，大多應用于大面積植樹造林，應用圍也比較廣
１） 內(nèi)蒙赤峰田豐農(nóng)林機械廠生產(chǎn)的 3WH-60 型懸掛式挖坑機結(jié)構(gòu)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(yè)挖坑，挖坑直徑 250-600mm，深度 0-1200mm，適用于平原丘陵及沙
地作業(yè)。
２） 山東大豐機械廠生產(chǎn)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
400-800mm ，可根據(jù)用戶要求特別制作深度
650-800mm ，轉(zhuǎn) 速
248r/min，每小時可挖 60 個坑。
３） 哈爾濱林業(yè)福馬機電設(shè)備公司生產(chǎn)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
800mm，挖坑效率為 120 坑/h。
250-600mm ，挖坑深度為 0-
４） 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(qū)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(yè)福馬機電設(shè)備公司生產(chǎn)的 3WS-2.8 型手提
式挖坑機，采用 051A-1 型發(fā)動機最大功率為 2.8KW 轉(zhuǎn)速為 280-320r/min，挖坑尺寸坑徑深
度為 φ320mm-500mm，質(zhì)量為 17.6kg，該機主要應用于地形復雜的山地丘陵區(qū)和溝壑區(qū)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(nèi)的一些林業(yè)高等院校和科研院所也對挖坑機進行了一些研究分析。關(guān)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(zhuǎn)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(tài)力學參數(shù)，指出了鉆頭轉(zhuǎn)矩的主要影
響因素，對挖坑機的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定起到了指導作用，為國內(nèi)挖坑機的優(yōu)化設(shè)計提供理
了論支持。
2.2.2 國外研究現(xiàn)狀
相比之下國外的研究狀況要好一些，由日本生產(chǎn)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(yè)。作業(yè)時４只腳可上下左右移動，并能保證包括駕駛室在
內(nèi)的機器上半部始終呈水平狀態(tài)。該機的液壓臂端部可安裝液壓式割灌機或挖坑機，每天可
第 6 頁
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
挖植樹坑 300-400 個。實現(xiàn)了一機多用。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 .A8D 型挖坑機可挖坑徑范圍為 20-200m。德國生產(chǎn) BT120C 型挖坑機如圖６
所示發(fā)動機功率 1.3KW，質(zhì)量 8.2kg，鉆頭轉(zhuǎn)速 190r/min，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩 1.7N?m，鉆頭的轉(zhuǎn) 矩
79.0N?m。英國生產(chǎn)的 05H8300 型懸掛式挖坑機和美國生產(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，即行距可調(diào)，適用于平原地區(qū)的大面積植樹造林，工作效率很高。美國
和加拿大生產(chǎn)的手提式挖坑機，發(fā)動機與鉆頭采用分離式，通過液壓傳動，驅(qū)動鉆頭工作。
美國生產(chǎn)的 HYD-TB11H 型液壓挖坑機 ,質(zhì)量為 170kg，最大流量為 22.7L/min，最大轉(zhuǎn)速 為
141r/min，鉆頭最大扭矩 349N?m。美國生產(chǎn)的 MDL-5B 型挖坑機,發(fā)動機采用動力為 4.1KW 的
BS Intec Pro OHV 的挖坑機在工作時發(fā)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１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(zhuǎn)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。
2.2 挖坑機的構(gòu)造
2.2.1 挖坑機的工作條件
挖坑機的主要作業(yè)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(zhì)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(yè)受立地
條件和作業(yè)技術(shù)的影響，使挖坑機的工作速度受到一定的限制，即不宜過大。
2.2.2 挖坑機的分類
挖坑機的種類很多，一般按配套動力和掛結(jié)方式、傳動方式、鉆頭安裝位置進行分類。
2.2.2.1 按配套動力和掛結(jié)方式分
一）手提式挖坑機
機具與小型二沖程汽油發(fā)動機（ 2.23—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(qū)、丘陵區(qū)和溝壑區(qū)，在坡度 350以下的地區(qū)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(zhèn)進行小樹移植、挖坑追肥以及埋設(shè)樁柱等，坑徑一般 在
0.3m 以內(nèi)
第 7 頁
二） 懸掛式挖坑機
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
鉆頭裝置懸掛在拖拉機的后方、前方或側(cè)向。懸掛機構(gòu)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(tǒng)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(qū)進行挖坑作業(yè)。
三）自走式挖坑機
1.與手扶拖拉機配套
挖坑機鉆頭旋轉(zhuǎn)的動力源是由底盤上的動力輸出軸經(jīng)過一級皮帶減速、一級直角錐齒輪
減速器并直接輸?shù)酵诳訖C的鉆頭。鉆頭是采用 M27 螺紋同箱體聯(lián)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(nóng) -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(yè)或用于茶園施肥、茶苗一只和果園施肥等挖坑作業(yè)。
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(zhuǎn)系統(tǒng)、起吊變幅系統(tǒng)、伸縮系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和鉆頭裝
置等組成。從汽車的發(fā)動機中輸出驅(qū)動油泵，是發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)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(qū)動油馬
達旋轉(zhuǎn)，從而通過減速器轉(zhuǎn)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-1000 型挖坑機基本上是屬于這種類型，但它是車載鉆機的形式。
2.2.2.2 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(lián)接
是垂直于地面的。該類型的挖坑機主要用于挖坑作業(yè)。
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(jù)作業(yè)要求，可
調(diào)整氣鉆桿的傾斜角度。
第 8 頁
2.2.3 挖坑機的鉆頭
南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計
2.2.3.1 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(jù)各地區(qū)條件和作業(yè)的技術(shù)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(tài)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(yè)上。而整地用的挖坑機在工作狀態(tài)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(tài)時，土壤是從一側(cè)或兩側(cè)拋
出。本設(shè)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(zhuǎn)
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(shù)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(wěn)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?qū)ΨQ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(wěn)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=0.5-16 的坑（H-坑的深度；D0-坑的直徑）。
3 手提式挖坑機的設(shè)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(fā)動機（ 2.2-3.68Kw）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(fā)動機通過離合器、減速器而驅(qū)動鉆頭作旋轉(zhuǎn)運動。操作裝置通常采用可拆卸式的手
柄結(jié)構(gòu)。手柄的設(shè)計要求操作靈敏和便于操作發(fā)動機油門開關(guān)。
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圖 1-手提式挖坑機結(jié)構(gòu)示意圖
1.油箱 2.手柄 3.發(fā)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(lián)研制的手提式塊狀整地機，可在坡度為 300地區(qū)作業(yè)，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(fā)動機驅(qū)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(fā)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。
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圖 1- 手提式塊狀整地機結(jié)構(gòu)示意圖
1.發(fā)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(xiàn)兩種作業(yè)，即整地（面積直徑為 0.5-0.55m）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(yè)地點
后，取下輪組再換裝其鉆頭。
3.2 動力選擇
原始數(shù)據(jù)
坑徑：400mm
坑深：400mm
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(guān)。通過試驗，手提式挖坑機配
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套動力應在 2.2~3.68kW 之間。
3.3 螺旋鉆頭的設(shè)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 1-17）。其
大、小刀翼的切削面磨成 200的刀刃；；入土角
圖 雙頭螺旋式鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖
1.鉆桿 2.螺旋翼片 3.鉆鏵 4.鉆尖 5.鉆鏵
3.3.1 螺旋工作面的設(shè)計
1 螺旋的外直徑 D
根據(jù)挖坑直徑 D0確定
D=（0.94-0.95）D0=0.95*400=380mm
2 螺旋長度 H0應大于坑深 H=400mm
3 螺旋升角α（外直徑處）導程 h
升角α是螺旋線與其軸線垂直平面的夾角
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導程 h 是螺旋線上某一點沿螺旋線圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)一周所移動的距離
tgα=h/ΠD
ξ＜α＜90-φ1-土壤對螺旋面（鋼）的摩擦角，通常取 φ1=22-310，取φ1=250。
ξ=arctgs/ΠD0
s-鉆頭每轉(zhuǎn)一周的進給量 s 取 40mm，ξ=1.820.
手提式挖坑機一般取 α=10-180.
按導程計算
手提式：h=（0.55-0.9）D=0.6*380=228mm
α=arctg h/ΠD=10.820≈110
4 螺旋頭數(shù)
一般手提式挖坑機用單頭
5 鉆頭的轉(zhuǎn)速
3.3.2 刀片的設(shè)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(guī)律，對挖坑機的阻力矩、生產(chǎn)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??；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(zhuǎn)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(zhuǎn)運動又有進給運動，刀片的實際后角 ε 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 ε 隨著離鉆桿距離增大而增大。
只有當 ε ＞0 時，鉆頭才能入土。當 ε 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 ε0，以達到增加實際后角 ε 。名義后角 ε0在 250? 450時入
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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 δ0在 450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(qū) 為
25-35 毫米，硬度 HRC46-60，非淬火區(qū)硬度不大于 HRC33。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 300 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(jié)構(gòu)需要兩個刀座。
3.3.3 鉆尖的設(shè)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(zhuǎn)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
0.9D1
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