手扶式挖坑機(jī)設(shè)計(jì)【5張CAD圖紙+畢業(yè)論文+任務(wù)書】

手扶式挖坑機(jī)設(shè)計(jì)

40頁(yè) 21000字?jǐn)?shù)+論文說明書+任務(wù)書+5張CAD圖紙【詳情如下】

任務(wù)書.doc

基本參數(shù)和切削土壤狀態(tài)圖.dwg

開溝機(jī).dwg

開溝機(jī)簡(jiǎn)圖.dwg

手扶式挖坑機(jī)設(shè)計(jì)論文.doc

鏈傳動(dòng)組成圖.dwg

鏈條.dwg

手扶式挖坑機(jī)

目錄

1緒論 1

1.1 國(guó)內(nèi)外挖坑機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1

1.1.1我國(guó)挖坑機(jī)發(fā)展 1

1.1.2 國(guó)外挖坑機(jī)發(fā)展 5

1.1.3在海底挖坑機(jī)的用途 7

1.2 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研究現(xiàn)狀 7

1.3 本論文研究意義 9

2鏈傳動(dòng)概述及鏈刀式挖坑機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論 10

2.1 鏈傳動(dòng)概述 10

2.1.1 鏈傳動(dòng)基本原理 11

2.1.2鏈傳動(dòng)的特點(diǎn) 12

2.1.3鏈傳動(dòng)的應(yīng)用 14

2.2 鏈傳動(dòng)的失效分析 15

2.3 挖坑機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論 16

2.3.1土壤的主要物理力學(xué)性質(zhì) 16

2.3.2土壤工作部件力學(xué) 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(jī)工作部件的設(shè)計(jì) 20

3.1  挖坑機(jī)的工作原理 20

3.2 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的特點(diǎn) 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(dòng)機(jī)功率的確定和底盤的選擇 28

3.6 鏈刀式挖坑機(jī)的整體參數(shù)計(jì)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?zhǔn)酵诳訖C(jī)的傳動(dòng)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(dòng)的特點(diǎn)提出見解 34

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

4.2.3 研究后對(duì)耕地鏈傳動(dòng)的切削分析 35

4.2.4根據(jù)分析改進(jìn)耕地鏈傳動(dòng)的方式為逆時(shí)針切削方式 36

4.3寫論文的感受 36

參考文獻(xiàn) 38

致謝 39

1 緒論

1.1 國(guó)內(nèi)外挖坑機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀

挖坑機(jī)的歷史悠久，早期的犁鏵工具[1]就是挖坑機(jī)的雛形，只不過沒有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。到了上世紀(jì) 50 年代開始，伴隨著機(jī)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(dá)國(guó)家開始使用機(jī)械挖坑機(jī)進(jìn)行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率?，F(xiàn)在隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和日益增多的工作要求，耕地設(shè)備的研究走進(jìn)了一個(gè)新的時(shí)代，較為成型的耕地設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但國(guó)內(nèi)的挖坑機(jī)的研究和使用起步比較晚。到了60 年代，旋轉(zhuǎn)式挖坑機(jī)[2]已發(fā)展成為一種先進(jìn)的連續(xù)挖土機(jī)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(jī)在歐洲、美洲各發(fā)達(dá)國(guó)家和亞洲的日本等國(guó)廣泛的應(yīng)用在土方施工領(lǐng)域，僅美國(guó)年需求量就達(dá)數(shù)千臺(tái)。挖坑機(jī)發(fā)達(dá)的國(guó)家主要有德國(guó)、意大利、美國(guó)、俄羅斯和日本等國(guó)。前蘇聯(lián)、意大利、法國(guó)和西德等國(guó)都有不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，有的遠(yuǎn)銷國(guó)外。從 70 年代末期開始，以鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研究逐漸興起，到了 80 年代中期，美國(guó)等國(guó)已經(jīng)有了較為成型的鏈?zhǔn)礁卦O(shè)備。隨著改革開放的不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)全面啟動(dòng)，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(jī)應(yīng)用方面，以其生產(chǎn)效率高，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，組裝方便，多為懸掛于農(nóng)用拖拉機(jī)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(kuò)大了使用范圍，隨著電信事業(yè)廣播光纜的鋪設(shè)需要，鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的使用更為廣泛，目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域使用，比如，在狹窄的果園，以及在海底挖坑機(jī)也有了重要的應(yīng)用。

1.1.1我國(guó)挖坑機(jī)發(fā)展

我國(guó)挖坑機(jī)械起步較晚，經(jīng)歷了從犁鏵式挖坑機(jī)、圓盤式挖坑機(jī)、螺旋式挖坑機(jī)和鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的四個(gè)發(fā)展歷程。在我國(guó)除極少數(shù)單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式挖坑機(jī)外,國(guó)產(chǎn)挖坑機(jī)仍處于設(shè)計(jì)研發(fā)的初步階段。

首先，在上世紀(jì)50年代主要是犁鏵式挖坑機(jī)。這種挖坑機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)是機(jī)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(jì)70年代又出現(xiàn)了圓盤式挖坑機(jī)，它以兩個(gè)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(jī)牽引工作，前進(jìn)速度 50m/h到150m/h，應(yīng)用較廣，牽引阻力小，適應(yīng)性強(qiáng)，作業(yè)質(zhì)量好，但行走慢，傳動(dòng)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?cái)嗝媸巧峡趯挏系渍牡固菪?，配套?dòng)力要求選擇功率大而行駛速度低拖拉機(jī)。由黑龍江建設(shè)兵團(tuán)三師十八團(tuán)研制的單圓盤挖坑機(jī)簡(jiǎn)圖[3]。

接著，上個(gè)世紀(jì)九十年代主要以螺旋挖坑機(jī)為主，江蘇省農(nóng)機(jī)局技術(shù)中心研制的1KLZ-27 型螺旋挖坑機(jī)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(jiǎn)圖如圖 1.1所示。該機(jī)工作時(shí)土塊呈條狀沿螺旋線導(dǎo)向兩面拋落，以圓錐對(duì)數(shù)螺線為基礎(chǔ)的立錐式刀具，增強(qiáng)了對(duì)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(dāng)土壤含水量達(dá)到使土壤在塑性范圍內(nèi)時(shí)，土壤介質(zhì)中鏈傳動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩和所受阻力會(huì)越大[20]。

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

4.2.3 研究后對(duì)耕地鏈傳動(dòng)的切削分析

（1） 切削區(qū)域的劃分

      觀察后得出，由于此鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)屬于后置鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)故整個(gè)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(dòng)切削狀態(tài)，其旋轉(zhuǎn)切削區(qū)域 與平動(dòng)切削區(qū)域。

（2）切削過程

     土壤的切削是一個(gè)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(dāng)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(shí)，產(chǎn)生了土體松散與擠壓兩個(gè)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(dòng)產(chǎn)生的反力。工程實(shí)踐觀察得出：土壤的破壞大多數(shù)是剪切破壞。這是因?yàn)橥寥李w粒自身的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于顆粒間的連接強(qiáng)度，在外力作用下，土壤中的顆粒沿接觸面互相錯(cuò)動(dòng)而發(fā)生剪切破壞。當(dāng)鏈條刀具與土壤接觸后,由于土壤具有一定強(qiáng)度,當(dāng)切削力沒有達(dá)到土壤的強(qiáng)度極限時(shí),土壤在切削力的作用下產(chǎn)生變形,同時(shí)切削力逐漸升高;當(dāng)切削力達(dá)到土壤的強(qiáng)度極限后,土壤開始被破壞,切削力不再增加,當(dāng)整個(gè)土塊被破壞后,切削力迅速下降。

4.2.4根據(jù)分析改進(jìn)耕地鏈傳動(dòng)的方式為逆時(shí)針切削方式

挖坑機(jī)多為后置式鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)，因此根據(jù)實(shí)際環(huán)境對(duì)耕地鏈的切削方式設(shè)計(jì)為逆時(shí)針切削，即鏈傳動(dòng)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(shí)土垡厚度較小，鏈傳動(dòng)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(dāng)碎土質(zhì)量要求相同時(shí)，逆切比正切的生產(chǎn)率要高。因此采用逆時(shí)針切削進(jìn)行作業(yè)比較好。

4.3寫論文的感受

在國(guó)外，連續(xù)式挖溝機(jī)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(jī)，很少使用單斗挖掘機(jī)。在我國(guó)除極少數(shù)的單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式挖溝機(jī)外，國(guó)產(chǎn)挖溝機(jī)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(dòng)，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(guó)土壤情況的挖坑機(jī) ，可以提高挖溝的效率，避免人力和物力的浪費(fèi)。我國(guó)的挖坑機(jī)械起步較晚。雖然國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家擁有多種挖坑機(jī)械，但引進(jìn)國(guó)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(xiàng)巨大的工作完全靠人工挖掘，人工耕地勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)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(duì)鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)進(jìn)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(guó)策，應(yīng)用前景廣闊，市場(chǎng)潛力大，對(duì)今后鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研究與發(fā)展具有重要而深遠(yuǎn)的意義。從而還可以填補(bǔ)我國(guó)在挖溝機(jī)方面的空白。

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

參考文獻(xiàn)

[1] 北京農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)院．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué) 上冊(cè)[M]．北京：農(nóng)業(yè)出版社，1981．

[2] 李金琦．旋轉(zhuǎn)挖坑機(jī)[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1988．

[3] 董明亮，印文俊，范治國(guó).農(nóng)業(yè)機(jī)械[M].高等教育出版社，1991：14-21

[4] 朱新民.1KLZ-27 型螺旋挖坑機(jī)[J].農(nóng)牧與食品機(jī)械，1991，24(4)，38

[5] 宗躍，耿躍海.GC65G型挖溝機(jī)[J].工程機(jī)械，2000,31(6):1-3

[6] 劉迎春等.鏈刀前置后傾式挖坑機(jī)的平衡理論[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005,36（10）:70～72

[7] 李明等，1K（Kz）－30 型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研制[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2002（8）

[8] 高勇.AFT65 型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)[J].建筑機(jī)械，2002（6）

[9] 李金琦 SM550C型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1988

[10] Heerema Engineering Service B．V．，1988，Heerema experience．

[11] 鄭志峰，王義行，柴邦衡．鏈傳動(dòng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990

[12] 鄭志峰主編．鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992

[13] Kohgo,Y.Nakano.M.&Miyazaki,T.Verification of the Generalized Elastoplastic Model    

    for Unsaturated Soils and Foundations, 1993, 33(4):64-75

[14] 孫恒、陳作模，機(jī)械原理，北京：高等教育出版社 2003

[15] 楊有剛，劉迎春．一種新型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和功率的確定[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),1998

[16] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）.機(jī)械工業(yè)出版社

[17] 陳勇閣，石永年，土壤的物理力學(xué)性質(zhì)分析[J].農(nóng)機(jī)化研究，2002，60－61

[18] 楊國(guó)欣等，土壤耕作部件力學(xué)綜述[M].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，1996, 40－41

[19] 吳禮樹．土壤肥料學(xué)[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2004.7

[20] 曾德超．機(jī)械土壤動(dòng)力學(xué)[M]．北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，2005

[21] 《土壤學(xué)》編寫組．土壤學(xué)（第二版）[M]．北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2002

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(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)科學(xué)的執(zhí)著追求、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和開拓進(jìn)取的拼搏精神，深深地激勵(lì)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(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。在此，我對(duì)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(duì)我的關(guān)懷和鼓勵(lì)，無論在生活上還是在學(xué)習(xí)上都給我以最大的照顧，感謝他們?cè)谌魏螘r(shí)候都對(duì)我充滿信任和支持。

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

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 院 （系） 機(jī)械工程學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 副教授 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級(jí)） 學(xué) 號(hào) 設(shè)計(jì)題目 小型自動(dòng)耕地機(jī)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 、 目 標(biāo) 和 要 求 （設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)和要求、設(shè)計(jì)進(jìn)度等） 內(nèi)容： 設(shè)計(jì)一種小型耕地機(jī)械，能實(shí)現(xiàn)翻土及梳理。能實(shí)現(xiàn)耕牛的替換，每天耕地量為 2，適用于小農(nóng)戶。 要求： 1. 查閱相關(guān)資料，并翻譯相關(guān)英文資料一篇； 2. 完成耕地機(jī)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)； 3. 機(jī)械裝配圖一份，系統(tǒng)電路原理圖一份。程序清單一份（關(guān)鍵語句必須有注釋）。設(shè)計(jì)說明書一份。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 基層教學(xué)單位審核 院 （系） 審 核 此表由指導(dǎo)教師填寫院系審核 1 手扶式挖坑機(jī) 目錄 1緒論 ................................................................ 1 內(nèi)外 挖坑機(jī) 的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 ...................................... 1 坑機(jī) 發(fā)展 .................................................. 1 外 挖坑機(jī) 發(fā)展 .................................................. 5 坑機(jī) 的用途 .............................................. 7 式 挖坑機(jī) 的研究現(xiàn)狀 .............................................. 7 論文研究意義 .................................................... 9 2鏈傳動(dòng)概述及鏈刀式 挖坑機(jī) 設(shè)計(jì)的初步理論 ............................. 10 傳動(dòng)概述 ....................................................... 10 傳動(dòng)基本原理 ................................................. 11 特點(diǎn) ................................................... 12 ................................................... 14 傳動(dòng)的失效分析 ................................................. 15 坑機(jī) 設(shè)計(jì)的初步理論 ............................................. 16 ......................................... 16 ............................................... 18 ............................... 19 3鏈刀式 挖坑機(jī) 工作部件的設(shè)計(jì) ......................................... 20 挖坑機(jī) 的工作原理 ................................................ 20 式 挖坑機(jī) 的特點(diǎn) ................................................. 22 作部件基本參數(shù)的選擇 ........................................... 22 作部件切削土壤的力 ............................................. 27 動(dòng)機(jī)功率的確定和底盤的選擇 ..................................... 28 手扶式挖坑機(jī) 2 刀式 挖坑機(jī) 的整體參數(shù)計(jì)算與確定 ................................. 31 器的結(jié)構(gòu) ..................................................... 32 的結(jié)構(gòu)分析 ............................................... 32 地 器的工作原理 ............................................... 33 4結(jié)論與展望 ......................................................... 34 ............................................................. 34 坑機(jī) 的傳動(dòng)環(huán)境與切削的分析提出見解 ........... 34 據(jù)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)提出見解 ............................... 34 壤質(zhì)地、濕度、硬度對(duì)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)的影響 ..................... 35 究后對(duì) 耕地 鏈傳動(dòng)的切削分析 ................................... 35 地 鏈傳動(dòng)的方式為逆時(shí)針切削方式 ................... 36 ..................................................... 36 參考文獻(xiàn) ............................................................. 38 致謝 ................................................................. 39 3 1 緒論 內(nèi)外挖坑機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 挖坑機(jī)的歷史悠久，早期的犁鏵工具 [1]就是挖坑機(jī)的雛形，只不過沒有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。到了上世紀(jì) 50 年代開始，伴隨著機(jī)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(dá)國(guó)家開始使用機(jī)械挖坑機(jī)進(jìn)行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率?，F(xiàn)在隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和日益增多的工作要求，耕地設(shè)備的研究走進(jìn)了一個(gè)新的時(shí)代，較為成型的耕地設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但國(guó)內(nèi)的挖坑機(jī)的研究和使用起步比較晚。到了 60 年代，旋轉(zhuǎn)式挖坑機(jī) [2]已發(fā)展成為一種先進(jìn)的連續(xù)挖土機(jī)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(jī)在歐洲、美洲各發(fā)達(dá)國(guó)家和亞洲的日本等國(guó)廣泛的應(yīng)用在土方施工領(lǐng)域，僅美國(guó)年需求量就達(dá)數(shù)千臺(tái)。挖坑機(jī)發(fā)達(dá)的國(guó)家主要有德國(guó)、意大利、美國(guó)、俄羅斯和日本等國(guó)。前蘇聯(lián)、意大利、法國(guó)和西德等國(guó)都有不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，有的遠(yuǎn)銷國(guó)外。從 70 年代末期開始，以鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研究逐漸興起，到了 80 年代中期，美國(guó)等國(guó)已經(jīng)有了較為成型的鏈?zhǔn)礁卦O(shè)備。隨著改革開放的不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)全面啟動(dòng)，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(jī)應(yīng)用方面，以其生產(chǎn)效率高，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，組裝方便，多為懸掛于農(nóng)用拖拉機(jī)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(kuò)大了使用范圍，隨著電信事業(yè)廣播光纜的鋪設(shè)需要，鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的使用更為廣泛，目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域使用，比如，在狹窄的果園，以及在海底挖坑機(jī)也有了重要的應(yīng)用。 國(guó)挖坑機(jī)發(fā)展 我國(guó)挖坑機(jī)械起步較晚，經(jīng)歷了從犁鏵式挖坑機(jī)、圓盤式挖坑機(jī)、螺旋式挖坑機(jī)和鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的四個(gè)發(fā)展歷程。在我國(guó)除極少數(shù)單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式挖坑機(jī)外 ,國(guó)產(chǎn) 挖坑機(jī)仍處于設(shè)計(jì)研發(fā)的初步階段。 手扶式挖坑機(jī) 4 首先，在上世紀(jì) 50 年代主要是犁鏵式挖坑機(jī)。這種挖坑機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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 30 80要缺點(diǎn)是機(jī)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(jì) 70年代又出現(xiàn)了圓盤式挖坑機(jī)，它以兩個(gè)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(jī)牽引工作，前進(jìn)速度 50m/h 到150m/h，應(yīng)用較廣，牽引阻力小，適應(yīng)性強(qiáng)，作 業(yè)質(zhì)量好，但行走慢，傳動(dòng)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?cái)嗝媸巧峡趯挏系渍牡固菪?，配套?dòng)力要求選擇功率大而行駛速度低拖拉機(jī)。由黑龍江建設(shè)兵團(tuán)三師十八團(tuán)研制的單圓盤挖坑機(jī)簡(jiǎn)圖 [3]。 接著，上個(gè)世紀(jì)九十年代主要以螺旋挖坑機(jī)為主，江蘇省農(nóng)機(jī)局技術(shù)中心研制的1螺旋挖坑機(jī)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(jiǎn)圖如圖 機(jī)工作時(shí)土塊呈條狀沿螺旋線導(dǎo)向兩面拋落，以圓錐對(duì)數(shù)螺線為基礎(chǔ)的立錐式刀具，增強(qiáng)了對(duì)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]。 5 1 三角帶（三條） 2 附加大皮帶盤 3 三角帶（一條） 4 機(jī)架 5 尾輪 6 擋土柵 7 括泥板 8 耕地具 圖 螺旋挖坑機(jī)簡(jiǎn)圖 發(fā)展到 1999 年，在天津工程機(jī)械研究所開發(fā)研制出了 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)。該機(jī)的主要參數(shù)如下：拖拉機(jī)型號(hào)為 動(dòng)機(jī)功率為 48機(jī)額定牽引力為 18小轉(zhuǎn) 彎半徑為 4500地最深為 1800寬為 400可通過更換挖掘鏈節(jié)來調(diào)節(jié)，挖掘鏈速為 s，回填鏟寬度為 1800體尺寸為長(zhǎng) 7500 2230 2860是由鏈條帶動(dòng)多片鏟高速小厚度切削，主機(jī)低速前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)挖掘作業(yè)。該機(jī)進(jìn)行挖土工作時(shí)，將土帶到溝面上，并擠向兩側(cè)，螺旋葉片形狀的排土輪由鏈輪驅(qū)動(dòng)，向兩側(cè)分土，清溝器端部設(shè)有浮動(dòng)刮產(chǎn)，可將散土收回刀鏟處，刮平溝底 [5]。 于此同時(shí)在國(guó)內(nèi)進(jìn)行鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)研究的還有西北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院的楊有剛、劉迎春 ，他們?cè)?2002年研制的在滾子鏈鏈板上加鏈刀附件的挖坑機(jī)如圖 6]。 1 鏈刀工作部件 2 分土板 3 扶手 4 手輪 5 尾輪 6 動(dòng)力底盤 圖 子鏈鏈板上加鏈刀附件的挖坑機(jī)簡(jiǎn)圖 2002 年中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院耕作種植機(jī)械研究所的一種 1K（ 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)如圖 示。它主要由齒輪箱、傳動(dòng)鏈、耕地切削刀和分土器等組成。可見這手扶式挖坑機(jī) 6 種鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)也是在滾子鏈基礎(chǔ)上形成，這種形式的挖坑機(jī)對(duì)土壤的性能要求較高，遇到帶有沙石的土壤很難作業(yè)，耕地比較寬，消耗功率大，深 度也不夠，鏈條易磨損疲勞失效，使用壽命也達(dá)不到預(yù)期的效果 [7]。 圖 1K（ 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī) 外挖坑機(jī)發(fā)展 國(guó)外最早生產(chǎn)挖坑機(jī)的國(guó)家主要是美國(guó)和前蘇聯(lián)。其發(fā)展過程大致也是從犁鏵式開始的，目前主要是鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)。在國(guó)外 ,挖坑機(jī)的使用已經(jīng)非常普遍 ,許多地下公用設(shè)施施工都用專業(yè)挖坑機(jī)以下簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)國(guó)外的鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)來說明在國(guó)外挖坑機(jī)的特點(diǎn)及大至發(fā)展方向。 國(guó)外挖坑機(jī)的種類很多，適應(yīng)各種不同施工的需要。最小的挖坑機(jī)功率僅有幾千瓦，最大的功率達(dá)到 1100量 136t。國(guó)外專用挖 坑機(jī)需求量逐年增大，僅美國(guó)就有 十多家公司生產(chǎn)挖坑機(jī)，共有一百多種 [1]。僅以幾家有代表性的公司產(chǎn)品為例說明其發(fā)展和研究狀況。 美國(guó) 司挖溝機(jī)。美國(guó)的 司成立于 1842 年，由發(fā)明家 ① 立。 司經(jīng)過 100 多年完善，現(xiàn)已發(fā)展成為全世界處于領(lǐng)軍地位的中、小型建筑工程機(jī)械設(shè)備 制造商。 7 圖 65 型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī) 美國(guó)傳特公司的 65 型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)，如圖 地傳動(dòng)系統(tǒng)采用多級(jí)變速器，號(hào) 65型耕地鏈條驅(qū)動(dòng)，重型機(jī)械驅(qū)動(dòng)，高扭矩，低速度以達(dá)到最大切割齒、挖掘深度、增強(qiáng)生產(chǎn)力和延長(zhǎng)切割齒壽命，具有牢固的組合式耕地臂，獨(dú)特的可更換的耐磨鋼板系統(tǒng)和鏈輪，方便單雙鏈條的應(yīng)用，重型獨(dú)立驅(qū)動(dòng)履帶，三段式履帶伴側(cè)固定，可升降駕駛室，密封性好，舒適的空調(diào)設(shè)備。控制器、計(jì)量表、和感應(yīng)器及駕駛室的升降應(yīng)用最新技術(shù)，視野好，駕駛舒適安全 [8]。 圖 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī) 法國(guó)“馬萊”公司是一家專門生產(chǎn)、租賃埋地電纜和管線鋪設(shè)設(shè)備的公司。無論是城市道路、公路、鐵路、山路、河岸等伴埋電纜或管道，都可以使用馬萊的耕地、鋪設(shè)手扶式挖坑機(jī) 8 聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行快速施工。其鋪設(shè)速度 2km/h，可以實(shí)現(xiàn)正挖，側(cè)挖，低噪音，無揚(yáng)塵環(huán)保作業(yè)。它的挖坑機(jī)寬度窄，最大限度減小對(duì)交通的阻礙破壞。它的真空吸塵式挖坑機(jī)，可以邊耕地邊吸渣土和塵土，是城市環(huán)保型的先進(jìn)作業(yè)機(jī)器。圖 萊”公司生產(chǎn)的 9]。 可見，國(guó)內(nèi)挖坑機(jī)的研究，現(xiàn)在多數(shù)還局限在犁鏵、螺旋式挖坑機(jī)方面， 但是，這種設(shè)備不能切挖陡直窄深溝。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院耕作種植機(jī)械研究所了一種 1K（ 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)，不過未見其鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)傳動(dòng)機(jī)理及仿生的研究。并且，這種挖坑機(jī)鏈條和鏈輪齒的嚙合與非土壤介質(zhì)中的嚙合傳動(dòng)方式?jīng)]什么區(qū)別，仍然是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合傳動(dòng)方式。未能掌握了土壤介質(zhì)中鏈傳動(dòng)機(jī)理，未能表明考慮減少嚙合阻力的結(jié)構(gòu)框架，不能減少土壤介質(zhì)的移動(dòng)阻力，不能達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。國(guó)外挖坑機(jī)的研究，從掌握的資料上可以看出，鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)也只是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合方式。并且國(guó)外挖坑機(jī)械的生產(chǎn)已向更加多 樣化發(fā)展，但國(guó)外機(jī)械更趨向于專機(jī)專用，挖坑機(jī)械只用于耕地，當(dāng)機(jī)械不耕地時(shí)，機(jī)械只能閑置，而根據(jù)我國(guó)的具體國(guó)情，該機(jī)械不僅可用于耕地，并且能恢復(fù)拖拉機(jī)功能，保證通用性較好。 海底挖坑機(jī)的用途 目前，我國(guó)正處于海上油氣的起步階段，用于海底管線鋪設(shè)的水下開淘施工機(jī)械亟待開發(fā)?？v觀國(guó)外已有眾多族類的水下管線耕地施工機(jī)械設(shè)備，哪些機(jī)型技術(shù)水平先進(jìn)成熟，經(jīng)濟(jì)性能合理，更適合我國(guó)近海油氣開發(fā)的具體國(guó)情，今后我國(guó)海底開淘機(jī)械領(lǐng)域的研究開發(fā)方向如何確定等，都是值得深入研究和探討的。 海底管道挖坑機(jī)械是伴隨著海洋油 氣勘探和開發(fā)，從陸地向海洋挺進(jìn)而出現(xiàn)的水下施工作業(yè)機(jī)械。由于世界各地具體海域的條件各異，在眾多族類的水下管線耕地埯工機(jī)械設(shè)備中，目前還沒有一種能夠在任何水深、管徑、海底土質(zhì)下都能經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行施工作業(yè)的萬能型海底開淘機(jī)械。 四十年代中期，墨西哥灣等地早期油氣開發(fā)海域的水深一般較淺，故當(dāng)時(shí)的挖坑機(jī)械設(shè)備主要是為滿足于 30～ 50十年代以后，歐洲北海油氣資源的大規(guī)模開采得以實(shí)施，特別是七十年代中期一批較大水深的海底管道極需鋪設(shè)，如 126m)、 153m)、 159m)和 田 (158m) 9 等，促使出現(xiàn)了用于 100m、 150m，乃至 300m 水深的水下耕地施工機(jī)械。到七十年代末期，為跨越北海的挪威海溝鋪設(shè)海底油氣管道，最大作業(yè)水深達(dá) 500m 的水下開掏機(jī)也隨之誕生。 目前，在海底挖坑機(jī)族類中，土壤液化埋管設(shè)備的最大作業(yè)水深一般在 50力沖射挖坑機(jī)械則視所取排泥方式的不同．可分別達(dá)到 50m、 75m、 150m、 180m 和 300m 等不同的量級(jí)．雨使用較多的則是水深 100底管道耕地犁的設(shè)計(jì)作業(yè)水深一般在 150～ 250m 左右，盡管 90年代初開發(fā)的海底管道犁已可達(dá)到 1000如的作業(yè)能力．但實(shí)際應(yīng)用還是在 200m 左右。海底電纜耕地犁的作業(yè)水深則通常在 1000下機(jī)械挖坑機(jī)是現(xiàn)有機(jī)型中設(shè)計(jì)作業(yè)水深最大的機(jī)種，一般為 350～ 500m。如： 500m， 1978年 )、“熱心海貍”型 (350m， 1979年 )、 365m． 1980 年 )和 350m， 1986 年 )。以 心海貍”型為倒， 1981至 1986 年間，共在 16項(xiàng)工程中開挖各類口徑管 溝 中最大作業(yè)水深在 150項(xiàng)，占工程總數(shù)的 10]。 式挖坑機(jī)的研究現(xiàn)狀 1999年楊有剛等分析了鏈刀前置式挖坑機(jī)的起步加速特性。根據(jù)力學(xué)原理，建立了挖坑機(jī)起步加速瞬間的運(yùn)動(dòng)方程，在獲得其前后輪接地載荷的基礎(chǔ)上，對(duì)挖坑機(jī)的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了討論，為整機(jī)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)（楊有剛等， 1999。） 2001年天津工程機(jī)械研究院劉俊英對(duì)挖坑機(jī)鏟刀的耐磨合金堆焊工藝進(jìn)行了探討，針對(duì)普通鋼軋制的鏟刀耐磨性較差的缺點(diǎn)，提出采用表而強(qiáng)化的方法制造復(fù)合材質(zhì)的鏟刀。鏟刀基體 仍用熱軋件，而在其磨損部位的表而堆焊耐磨材料，強(qiáng)化后的堆焊鏟刀成本為未強(qiáng)化的 3其使用壽命是用戶自制的未強(qiáng)化鏟刀壽命的一巧倍，同時(shí)還可減少停機(jī)換刀的時(shí)間及人工費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益明顯（劉俊英， 2001。） 2001年劉長(zhǎng)榮等在現(xiàn)有挖坑機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，與 計(jì)出在狹小的葡萄園中開出施肥溝的果園挖坑機(jī)，挖坑機(jī)由尾部操縱手柄通過四連桿機(jī)構(gòu)來控制工作部件的升降，操作靈活方便。并對(duì)挖坑機(jī)切土阻力及整機(jī)功耗進(jìn)行了分部計(jì)算（劉長(zhǎng)榮等， 2001。） 2004 年吉林大學(xué)王云超以美國(guó)凱斯公司生產(chǎn) 的鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)為研究對(duì)象忽略了刀片手扶式挖坑機(jī) 10 的影響，建立挖溝器的三維模型，運(yùn)用有限元及 出挖溝器的各階固有頻率以及在不同頻率沖擊力作用下對(duì)應(yīng)的挖溝器的位移和應(yīng)力響應(yīng)特性曲線（王云超， 2004。） 2004 年到 2005 年江創(chuàng)華等對(duì)履帶式挖坑機(jī)的關(guān)鍵部件傳動(dòng)軸進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，該種傳動(dòng)軸及工作裝置支承結(jié)構(gòu)，避免了軸既要傳遞轉(zhuǎn)矩，又要支撐工作裝置的重量，同時(shí)在計(jì)算臂架的強(qiáng)度時(shí)，考慮了機(jī)器轉(zhuǎn)彎給臂架帶來的附加應(yīng)力。與傳統(tǒng)工作裝置直接支撐在傳動(dòng)軸上相比，傳動(dòng)軸的直徑 減小 1/2，重量減少 1/3，制造成本約減小 1/2，是一種比較適合于大型軸類傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式（江創(chuàng)華和趙建輝， 2005）。 2005年劉迎春等設(shè)計(jì)了一種用于果園的鏈?zhǔn)绞┓释诳訖C(jī)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，導(dǎo)出了挖坑機(jī)工作狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)方程，獲得了挖坑機(jī)前后輪所受外力的數(shù)學(xué)表達(dá)式對(duì)其可能的縱向滑移、前傾和橫向傾翻條件進(jìn)行了討論，為挖坑機(jī)的總體設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)（劉迎春和楊有剛， 2005。） 2006年羅海峰在現(xiàn)有手扶拖拉機(jī)上設(shè)計(jì)一種挖坑機(jī)，單邊拋土距離達(dá)到 壤顆粒細(xì)碎，覆土厚度均勻，能滿足油菜、小麥、蔬菜等農(nóng)作物 機(jī)械化種植。通過對(duì)旋耕機(jī)的工作原理進(jìn)行理論分析，找出合理的旋耕拋土運(yùn)動(dòng)參數(shù)。對(duì)耕地刀在整個(gè)切、拋土過程中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析，找出耕地切、拋土的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為挖坑機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)（羅海峰， 2006）。 2006年房恩宏確定了能夠滿足耕地寬度為 80度達(dá) 2000析了部件的受力情況以及推導(dǎo)了挖坑機(jī)的整體功率消耗公式。此外，給出了計(jì)算鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的具體尺寸的步驟，結(jié)合裝配圖的繪制，進(jìn)行了相應(yīng)的部分結(jié)構(gòu)和尺寸的合理化調(diào)整。在設(shè)計(jì)完鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的整機(jī)框架以后，針對(duì)鏈條在土壤中的受力情 況，提出了具體的實(shí)驗(yàn)方案，通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了課題設(shè)計(jì)的合理性 (房恩宏， 2006)。 2006盧峰提出一種新型刀式礦土復(fù)合型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)此結(jié)構(gòu)方案的鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的工作原理、總功率的確定等進(jìn)行了理論研究。深入剖析了鏈傳動(dòng)過程中鏈刀切削土壤的切削機(jī)理，并建立了土壤顆粒由切下、輸送到拋出的運(yùn)動(dòng)模型和所處不同狀態(tài)時(shí)速度計(jì)算公式，而且針對(duì)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)過程中鏈條的受力情況、受力計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的分析和推導(dǎo) (盧峰， 2006)。 11 論文研究意義 挖坑機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一，廣泛應(yīng)用于農(nóng)田水利建設(shè)、通訊 電纜及石油管線的鋪設(shè)、市政施工以及軍事工程的建設(shè)。挖坑機(jī)具有專用性強(qiáng)，設(shè)備投資少，可連續(xù)開掘，工作效率高等特點(diǎn)，特別是對(duì)于窄而深的溝渠，挖坑機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。挖坑機(jī)尤其適應(yīng)于土質(zhì)較硬、施工場(chǎng)地狹小，人工無法開挖而挖掘機(jī)等土方機(jī)械無法作業(yè)的地方。同時(shí)挖坑機(jī)的施工成本低于挖掘機(jī)等土方機(jī)機(jī)械的施工成本，甚至比人工施工還低而深受廣大施工單位的歡迎。 在國(guó)外，連續(xù)式挖坑機(jī)己經(jīng)使用的很普遍，地下公用設(shè)施施工都用專業(yè)挖坑機(jī)，很少使用單斗挖掘機(jī)。在我國(guó)除極少數(shù)的單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式挖坑機(jī)外，國(guó)產(chǎn)挖坑機(jī)投入使用的較少。隨著生 產(chǎn)建設(shè)全面啟動(dòng)，耕地施工工程的規(guī)模越來越大，如基礎(chǔ)建設(shè)施工耕地、光纜、電纜、管道鋪設(shè)等方面都面臨著巨大的耕地工作量。特別是在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，果樹施肥、農(nóng)田耕地、蔬菜園耕地，都是用工量很大的作業(yè)，我國(guó)幾乎都用人工完成。果園、農(nóng)田等的地表不平整，有雜草、樹枝及石塊等，地下有樹根，耕地條件比較惡劣，一般挖坑機(jī)難以適應(yīng)。因此研制適合我國(guó)土壤情況的耕地設(shè)備，對(duì)提高耕地的效率、減少人力和物力資源的浪費(fèi)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有重要意義。 據(jù)相關(guān)農(nóng)藝要求，所研制的挖坑機(jī)必須滿足的技術(shù)指標(biāo)為 :純小時(shí)生產(chǎn)效率不低于80m/h;開挖深度 大于 30度 30寬和溝深可調(diào) :配套柴油機(jī)動(dòng)力至馬力 :溝槽必須一次性開挖成型，溝形完整且基本達(dá)到人工開挖的效果。 挖坑機(jī)的耕地裝置是其關(guān)鍵部件，而刀片是影響耕地質(zhì)量、功耗和振動(dòng)等的重要因素，因此有必要對(duì)耕地裝置及刀片結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究分析。本文以耕地裝置為研究對(duì)象，以功耗低、適應(yīng)性強(qiáng)和可操作性好為目標(biāo)，為研究一種適用于開挖窄兒深的地下溝槽，埋設(shè)在地下排水管道或鐵道，郵電，城建等部門用于埋設(shè)電纜于管道等要求的鏈刀式挖坑機(jī)指出依據(jù) . 2 鏈傳動(dòng)概述及鏈刀式挖坑機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論 傳動(dòng)概述 手扶式挖坑機(jī) 12 鏈傳動(dòng)是一種用鏈條做中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，它由主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪和繞在兩輪上的一條閉合鏈條所組成 [11]見圖 2靠鏈條與鏈輪之間的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。與帶傳動(dòng)比較，鏈傳動(dòng)有結(jié)構(gòu)緊湊，作用在軸上的載荷小承載能力較大，效率較高（一般可達(dá) 96％～ 97％），能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)。工作時(shí)有振動(dòng)和沖擊，瞬時(shí)速度不均勻等現(xiàn)象。鏈傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于在農(nóng)業(yè)、礦山、冶金、建筑、起重、運(yùn)輸、石油、化工、紡織等機(jī)械設(shè)備中被廣泛運(yùn)用。 圖 2傳動(dòng)組成圖 鏈傳動(dòng)適用于兩軸相距較遠(yuǎn)，要求平均傳動(dòng)比不變，但對(duì)瞬 時(shí)傳動(dòng)比要求不嚴(yán)格，工作環(huán)境惡劣（多油、多塵、高溫）等場(chǎng)合。 傳動(dòng)基本原理 在一般機(jī)械傳動(dòng)中，鏈傳動(dòng)是在兩個(gè)或多于兩個(gè)鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動(dòng)。按工作性質(zhì)的不同，鏈有傳動(dòng)鏈、起重鏈和曳引鏈三種。傳動(dòng)鏈主要用來傳遞動(dòng)力，通常都在中等速度（ v≤ 20m/s）下工作，鏈傳動(dòng)又可以分為滾子鏈、套筒鏈、齒形鏈和成型鏈。起重鏈主要用在起重機(jī)械中提升重物，其工作速度不大于 s。曳引鏈主要用在 運(yùn)輸機(jī)械中移動(dòng)重物，其工作速度不大于 2s。鏈傳動(dòng)在傳遞功率、速度、傳動(dòng)比、中心距等方面都有很廣的應(yīng)用范圍。目前，最大傳遞功率達(dá) 5000高速度達(dá)到 40m/s，最大傳動(dòng)比達(dá)到 15，最大中心距達(dá)到 8m。由于經(jīng)濟(jì)及 13 其它原因，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)功率一般小于 100度小于 12～ 15m/s，傳動(dòng)比小于 8[11]。 鏈條是由若干組件（或元件）以鉸鏈副的形式串接起來的撓性件，如圖 2 圖 2 鏈條 傳動(dòng)的特點(diǎn) 鏈傳動(dòng)是一種具有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。它兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳 動(dòng)的一些特點(diǎn)?，F(xiàn)通過與齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)做比較，具體介紹一下鏈傳動(dòng)的特點(diǎn) [12]。 1、鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比較 （ 1）鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率較高 鏈傳動(dòng)沒有彈性滑動(dòng)和打滑，因此與帶傳動(dòng)相比 ,鏈傳動(dòng)能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)和較高的機(jī)械效率。對(duì)要求轉(zhuǎn)速恒定的兩軸傳動(dòng)和多軸傳動(dòng)，采用鏈傳動(dòng)更為適宜。 （ 2）效率較高，η = （ 3）鏈條對(duì)軸的作用力較小 鏈傳動(dòng)的預(yù)緊力比帶傳動(dòng)小得多，因此減輕了施加在軸和軸承上的壓力，減少了軸承的摩擦損失。在低速時(shí)，鏈傳動(dòng)的這一優(yōu)點(diǎn)更為突出。 （ 4）鏈傳動(dòng)的尺寸較緊湊 手扶式挖坑機(jī) 14 在傳遞相 同功率的情況下，鏈條比常用的膠帶要窄些，鏈輪直徑也比帶輪小些，所以鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸要比帶傳動(dòng)緊湊。 （ 5）結(jié)構(gòu)尺寸比較緊湊 （ 6）鏈條裝拆比較方便 鏈條可以在連接鏈節(jié)處拆開，容易安裝和拆卸。而膠帶一般均是制成無端的，它要越過皮帶輪邊緣才能套進(jìn)去，安裝比較困難。特別當(dāng)帶輪位于軸承之間更是如此。 （ 7）鏈傳動(dòng)能在較大傳動(dòng)比和較小中心距下工作 鏈傳動(dòng)允許鏈條在鏈輪上的包角可小一些，因此鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍比帶傳動(dòng)大一些，也更能在較小的中心距下工作。 （ 8）鏈傳動(dòng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng) 鏈條由金屬制成，能在惡劣的環(huán)境條件 下工作，諸如在高溫、油污、粉塵和泥沙等場(chǎng)合，鏈傳動(dòng)遠(yuǎn)比帶傳動(dòng)更為適用。 （ 9）鏈條的磨損伸長(zhǎng)比較緩慢，張緊調(diào)節(jié)量較小 鏈條工作期間的磨損伸長(zhǎng)比膠帶拉伸變形伸長(zhǎng)緩慢并且極限伸長(zhǎng)量可以設(shè)法控制在一個(gè)節(jié)距范圍內(nèi)，因此不必像帶傳動(dòng)那樣要求頻繁地調(diào)整中心距。在設(shè)計(jì)張緊裝置時(shí)，鏈傳動(dòng)要求的調(diào)節(jié)量也較小。 （ 10）由于不需要很大的張緊力，所以作用在軸上的載荷較??； （ 11）鏈傳動(dòng)在可燃?xì)夥障鹿ぷ靼踩煽? 當(dāng)在可燃?xì)夥障鹿ぷ鲿r(shí)，鏈傳動(dòng)不像帶傳動(dòng)那樣有膠帶打滑發(fā)熱和帶與輪間摩擦生電的現(xiàn)象，所以不會(huì)有引起燃燒的危險(xiǎn)。 只有當(dāng)要 求噪聲小，不準(zhǔn)有潤(rùn)滑油、中心距很長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速極高時(shí)，鏈傳動(dòng)的使用性能不如帶傳動(dòng) . 2、鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)比較 （ 1）鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求低，成本較小 這是因?yàn)殒渹鲃?dòng)是一種只有中間撓性件的非共軛嚙合傳動(dòng)，鏈輪的齒形可以有較大的靈活性。鏈輪的加工與安裝精度，鏈傳動(dòng)的中心距都較齒輪傳動(dòng) 改變其技術(shù)參數(shù)（如傳動(dòng)比、中心距等）也比較容易實(shí)現(xiàn)。在安裝與維修方面更為簡(jiǎn)單，尤其是在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)中，有著齒輪傳動(dòng)無法具備的簡(jiǎn)單和輕便。 15 （ 2）鏈輪齒受力較小、強(qiáng)度較高、磨損也較輕 通常鏈輪有較多的齒同時(shí)與鏈條 嚙合，接觸位置接近齒根并且齒槽圓弧大，齒根應(yīng)力集中小，而直齒圓柱齒輪傳動(dòng)一般只有 1～ 2 對(duì)齒接觸。因此，鏈輪的承載能力比齒輪大，齒面磨損也比齒輪的齒面輕一些。 （ 3）鏈傳動(dòng)有較好的緩沖、吸振性能 由于鏈條具有一定的彈性，再加上鏈條的每個(gè)鉸鏈內(nèi)部均能貯存潤(rùn)滑油，因此它與只有 1～ 2 對(duì)剛性很大的齒嚙合的齒輪傳動(dòng)相比，有較好的緩沖和吸振能力 . 只有當(dāng)受空間限制要求中心距??；瞬時(shí)傳動(dòng)比要求恒定；傳動(dòng)比大；轉(zhuǎn)速極高；噪聲要求小時(shí)，鏈傳動(dòng)的使用性能才不如齒輪。 3鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn) （ 1）不能保證恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比； （ 2）只能用于平行軸間同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)； （ 3）不適宜在載荷變化很大和急促反向的傳動(dòng)中應(yīng)用； （ 4）工作時(shí)存在噪聲； （ 5）制造費(fèi)用比帶傳動(dòng)高； （ 6）磨損鏈節(jié)伸長(zhǎng)后運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，易跳齒。 由以上比較可以看出，鏈傳動(dòng)的適用范圍很廣。一般說來，適用于大中心距、多軸、傳動(dòng)比要求精確的傳動(dòng)，環(huán)境惡劣的傳動(dòng)，沖擊和振動(dòng)大的傳動(dòng)，大載荷的低速傳動(dòng)，潤(rùn)滑良好的高速傳動(dòng)等都可成功地采用鏈傳動(dòng)。 傳動(dòng)的應(yīng)用 鏈條最早的應(yīng)用可追溯到夏商年代，即三千多年以前。今天，隨著現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)，鏈條工業(yè)正在提供多種多樣的鏈條產(chǎn)品 以滿足各方面的需要，鏈條也越來越多的應(yīng)用在各種各樣的機(jī)械設(shè)備中，主要有： 一般叉車均用兩掛鏈條提升貨物。由于鏈條的鏈節(jié)可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，不存在附加彎曲應(yīng)力，因此鏈輪直徑可以設(shè)計(jì)得較小，鏈條的使用壽命也較長(zhǎng)。 手扶式挖坑機(jī) 16 摩托車與自行車都采用鏈條來傳動(dòng)。這一傳動(dòng)特點(diǎn)是：中心距長(zhǎng)，速度變化頻繁，要求寬度窄、重量輕、尺寸緊湊、使用可靠。顯然采用鏈傳動(dòng)是最合適的。 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與凸輪的傳動(dòng)要求配氣與點(diǎn)火時(shí)間準(zhǔn)確，必須保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。由于鏈傳動(dòng)有良好的同步性，因此對(duì)于曲軸和凸輪間距離 較大的內(nèi)燃機(jī)，多采用正時(shí)鏈傳動(dòng)。 石油鉆機(jī)上大量采用鏈傳動(dòng)，一般使用多排滾子鏈傳動(dòng)，它工作可靠，排除故障速度快，能夠滿足鉆機(jī)工作要求。 它的使用環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常啟動(dòng)與停車，使鏈條受到頻繁的沖擊載荷。一般采用大節(jié)距的彎板滾子鏈。而且結(jié)構(gòu)緊湊，使用非?？煽?。 在各種農(nóng)業(yè)機(jī)械上，使用了大量的鏈條。 油鋸鏈?zhǔn)且环N帶有刀刃的特殊鏈條，它除了傳遞動(dòng)力外，本身還是截?cái)嗄绢^的鋸條。因此，它可使伐木鋸結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，使用方便。 傳動(dòng) 的失效分析 由于設(shè)計(jì)、制造、使用等方面的差異，鏈條與鏈輪的失效形式是多種多樣的。不過總的來說，可以分成兩種情況：一種是正常失效，鏈條與鏈輪達(dá)到了預(yù)期的正常使用壽命；另一種是非正常失效，即未達(dá)到預(yù)期的正常使用壽命就早期損壞報(bào)廢。以下敘述了鏈傳動(dòng)的失效形式： 1．鏈條元件的疲勞破壞 鏈板的疲勞損壞，在中低速的閉式鏈傳動(dòng)中，鏈板的疲勞斷裂比較常見。鏈板在變載荷作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)就會(huì)在板孔兩側(cè)的應(yīng)力集中區(qū)發(fā)生疲勞破壞。鏈條元件的疲勞強(qiáng)度是決定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素。 2．鏈條鉸鏈的磨損 鏈傳動(dòng)工作時(shí)，滾子 套筒的沖擊疲勞損壞。鏈條在與輪齒的嚙入過程中，由于多邊 17 形效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由嚙入沖擊引起的動(dòng)載荷。在滾子鏈中，嚙入沖擊首先由滾子承受，再?gòu)臐L子傳遞給套筒、銷軸，以及鏈板。這樣，滾子和套筒就受到反復(fù)多次的沖擊載荷，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)就會(huì)發(fā)生小能量沖擊疲勞破壞。由于沖擊能量和速度的平方成正比，所以在中、高速閉式鏈傳動(dòng)中，這種失效形式就比較常見。 3． 銷軸與套筒的膠合 鏈條鉸鏈在向輪齒的嚙入過程中，組成鉸鏈副的銷軸與套筒產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并以沖擊方式與輪齒嚙合。當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)速升高到一定數(shù)值以上時(shí)，鉸鏈的摩擦表面會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱 產(chǎn)生膠合現(xiàn)象。膠合是一種焊合現(xiàn)象，一旦發(fā)生，則當(dāng)相鄰鏈節(jié)欲作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輕則使鉸鏈摩擦表面擦傷，重則或者使銷軸扭斷或者使銷軸或套筒被強(qiáng)制在板孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鏈條迅速破壞。 4． 鏈條的磨損 滾子鏈的各元件在工作過程中都會(huì)發(fā)生磨損破壞，最常見的磨損是指發(fā)生在銷軸和套筒承壓表面的磨損。 5． 鏈條的靜強(qiáng)度破斷 低速重載的鏈條當(dāng)過載時(shí)，易發(fā)生靜強(qiáng)度破斷；磨損了的鏈條當(dāng)在鏈輪上發(fā)生爬高和跳齒時(shí)，也易引起靜強(qiáng)度破斷。 6． 鏈條的多沖破壞 反復(fù)起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)和重復(fù)沖擊工作的鏈條，其組成元件易發(fā)生大能量低周期沖擊疲勞破壞。 7． 鏈輪齒的磨損、塑性變形和斷裂 由于潤(rùn)滑不良，特別在開式傳動(dòng)中，輪齒會(huì)發(fā)生較大的磨損。 8． 鏈傳動(dòng)的非正常失效 由于鏈條制造質(zhì)量差、安裝精度低、使用不當(dāng)以及結(jié)構(gòu)方面等原因，會(huì)產(chǎn)生眾多的不正常的失效形式，大大縮短了鏈條的使用壽命。 坑機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論 挖坑機(jī)屬于土壤挖掘機(jī)械，耕地鏈在工作時(shí)的工作環(huán)境是土壤，這就要求在鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)設(shè)計(jì)之前要對(duì)土壤學(xué)和土壤力學(xué)等相關(guān)學(xué)科做必要的理論準(zhǔn)備。 手扶式挖坑機(jī) 18 壤的主要物理力學(xué)性質(zhì) 土壤由固體、液體和氣體組成（稱為土壤的固相、液相和氣相）。 固相部分包括粗細(xì)不同的礦物質(zhì)顆粒和與它緊密結(jié)合的有機(jī)質(zhì)。在固體顆粒之間的孔隙中，充有水和空氣。礦物質(zhì)一般占土壤固相部分質(zhì)量的 95%，它支撐著生長(zhǎng)在土壤中的作物。土壤的機(jī)械組成通常指直徑 3下的細(xì)小顆粒，按直徑大小分為砂粒、粉粒和粘粒。隨著所含砂粒、粉粒和粘粒成分的不同，土壤具有不同的物理性質(zhì)。土壤中含粘粒成份越大，則土粒之間的凝聚力越大，耕作時(shí)土壤不易破碎，犁耕的阻力也較小 [13]。土壤耕作機(jī)械的選用、設(shè)計(jì)和研究與土壤的物理力學(xué)性質(zhì)有著十分密切的關(guān)系。下面對(duì)土壤的幾個(gè)重要的物理力學(xué)性質(zhì)做以簡(jiǎn)要介紹與分析 。 1．容重 在自然狀態(tài)下，土壤的單位體積質(zhì)量即為容重。一般表示為 g = g / 式中： q —— 為土壤質(zhì)量重； V —— 為土壤體積。 土壤的容重與土壤內(nèi)的孔隙度和固體顆粒密度有關(guān)。孔隙度越大，則容重越小。當(dāng)土壤容重為 1 g / 時(shí)，最利于開挖 [14]。 2．濕度 在降雨或灌溉之后，耕作層內(nèi)的水有一部分在重力作用下，沿著土壤中大的孔隙或裂縫向下滲透，另一部分則在土粒的吸附作用和毛細(xì)管作用下，保持在耕層之內(nèi)。土壤能保持的最大含水量稱為“田間持水量”，用相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度表示。土 壤的濕度對(duì)開挖質(zhì)量和牽引阻力有很大影響。土壤過于堅(jiān)硬，阻力大；如果過于潮濕，土垡不易破碎。 3．堅(jiān)實(shí)度 當(dāng)壓實(shí)非密實(shí)土壤時(shí)，使其壓痕為 1～ 2所需的力稱為單位壓實(shí)力 )/( 30 以一定斷面形狀（圓形、錐形等）的柱塞壓入土壤，其壓陷深度為0用在土壤上的平均壓力稱為土壤的堅(jiān)實(shí)度0p，則有 )/( 2000 土壤堅(jiān)實(shí)度同土壤的質(zhì)地和含水量有密切關(guān)系。堅(jiān)實(shí)度越 大，土壤承受能力及開挖阻力越大。 19 4．內(nèi)摩擦力和外摩擦力 在土壤內(nèi)部，土粒與土粒之間的摩擦力稱內(nèi)摩擦力，一般與土粒間的接觸面形狀、作用在接觸面上的正壓力和土壤濕度有關(guān)。土壤沿著工作部件表面滑動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的摩擦力稱外摩擦力。當(dāng)外摩擦力大于內(nèi)摩擦力和附著力時(shí)，工作部件的表面就要粘土。因此，在設(shè)計(jì)挖坑機(jī)械時(shí)，應(yīng)盡量減少外摩擦力。 5．土壤的抗剪強(qiáng)度 在外力作用下，土壤會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移，阻止這種相對(duì)位移的土壤內(nèi)部阻力稱為土壤的抗剪強(qiáng)度。大量試驗(yàn)表明，當(dāng)土壤破壞時(shí)，正應(yīng)力 ? 和剪 應(yīng)力τ之間存在著線性關(guān)系，有?? 。式中： C 為土壤的凝聚力，i?為土壤的內(nèi)摩。擦角抗剪強(qiáng)度在很大程度上決定著開挖質(zhì)量和能量的消耗，與土壤顆粒的大小、分布、土壤密度和濕度有很大關(guān)系。因而其在挖坑機(jī)械的設(shè)計(jì)中也是一個(gè)較為重要的參數(shù) [14]。 壤工作部件力學(xué) 土壤工作部件力學(xué)研究的目的是：定量地描述工作部件對(duì)土壤的作用，這種力學(xué)有三個(gè)發(fā)展階段 [14]： 用是反復(fù)的對(duì)之進(jìn)行觀察和記錄。 別了 作用而且觀察了特定的反作用，現(xiàn)在正處于此階段。有關(guān)土壤工作部件力學(xué)的文獻(xiàn)都是用于定性階段。 于發(fā)展工作部件力學(xué)原理的一致性原理，在表達(dá)一種現(xiàn)象的時(shí)候，同時(shí)讓考察的各量應(yīng)當(dāng)有一致的明確程度。這一原理的應(yīng)用，可防止過分地發(fā)展無用的次性能方程和隨之而來的復(fù)雜性。采用精確的性能方程定量地描述開挖作用的程度，需要一種完整的土壤與工作部件力學(xué)。適用于土壤工作部件力學(xué)的性能方程是少數(shù)的，且其定量評(píng)價(jià)也不是總能得到的，限制力學(xué)發(fā)展的是缺乏表達(dá)性能的基本方程式，完全力學(xué)可描述一種理想的土壤工作部件力學(xué)，對(duì)作用 可能有影響的所有簡(jiǎn)單性能都包括在這個(gè)總的力學(xué)中。然而，由于每個(gè)性能并不是總起作用的，一種性能的出現(xiàn)與消失難于察覺和估計(jì)，因而出現(xiàn)了一種建立在單一性能方程基礎(chǔ)的局部力學(xué)，它可在土壤動(dòng)力學(xué)中解決特殊問題，在完全力學(xué)最終發(fā)展起來之前，只可能發(fā)展局部土壤工作部件力學(xué)，局部力學(xué)與完全力學(xué)的差別之一，完全力學(xué)適用于工作部件對(duì)土壤進(jìn)行作業(yè)的一切可以想手扶式挖坑機(jī) 20 象到的情況不受限制，而局部力學(xué)將受到一些限制，應(yīng)用局部力學(xué)可能解釋觀察到的開挖作用。傾斜工作部件是在應(yīng)用局部力學(xué)分析的一個(gè)工作部件，在分析這一簡(jiǎn)化部件的作用時(shí)，應(yīng)用了描述開挖 作用的四個(gè)性能方程 [15]： （ 1）土壤與金屬的摩擦 （ 2）剪切失效 （ 3）每個(gè)土塊的加速力 （ 4）切削阻力 在具體分析開挖作用時(shí)，首先給出了土塊的受力狀態(tài)，給出了傾斜工作部件與土壤之間的摩擦力，從而應(yīng)用了第一個(gè)性能方程。在確定剪切面與最大主應(yīng)力之間夾角時(shí)，應(yīng)用分析剪切失效的摩爾圓，從而應(yīng)用了第二個(gè)性能。通過加速度分析得出了引起加速度的速度，計(jì)算出加速度，從而得到了每個(gè)土塊的加速力應(yīng)用了第三個(gè)性能。土壤的純切削阻力是小的，只有土塊中有石頭或殘根或開挖部件刃口變鈍時(shí)，切削阻力才顯重要，不存在上述情況時(shí)，在總阻 力中忽略切削阻力，從而考慮了第四個(gè)性能力程 [15]。 結(jié)切割過程的分土壤切削阻力分析 切削邊以一定的壓力接觸土壤，使土壤受到擠壓和剪切，當(dāng)壓力繼續(xù)增大，土壤原始結(jié)構(gòu)遭到破壞，土塊被切斷，這是刀具切土壤時(shí)所共有的現(xiàn)象。顯然，切削刃在切削土壤中運(yùn)動(dòng)時(shí)，遇到的阻力來自三個(gè)方面：一 是土壤原始結(jié)構(gòu)遭到破壞的阻力；二 是土壤的內(nèi)摩擦阻力；三 是土壤與切削刃邊的摩擦阻力。其中前二項(xiàng)之和稱為切削阻力。但是，這三項(xiàng)阻力是同時(shí)存在的，很難區(qū)分開來，所以在計(jì)算時(shí)，將第三項(xiàng)阻力也包括在內(nèi)。因此，切削阻力就是在切土過程 中，土壤作用在切削裝置上的反力。耕地過程中，切割齒在土壤中連續(xù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割，被切割下來的土壤，其中一部分在切割刃前面形成土堆，被切割齒帶著向前移動(dòng)。一部分土壤在擠壓力的作用下越過切割刃前面的土堆進(jìn)入杯形切割齒內(nèi)。由此可見，在挖掘過程中切割齒除了遇到切削阻力外，還會(huì)遇到土壤進(jìn)入杯形切割齒內(nèi)的阻力及帶動(dòng)土堆的阻力，后二項(xiàng)合稱為裝土阻力。切削阻力與裝土阻力之和稱為挖掘總阻力。 21 3 鏈刀式挖坑機(jī)工作部件的設(shè)計(jì) 挖坑機(jī)的工作原理 鏈刀式挖坑機(jī)的結(jié)構(gòu)見圖 動(dòng)、切割、清溝、運(yùn)土等部分組成 。動(dòng)力有 200刀挖坑機(jī)工作部件的耕地寬度和深度，根據(jù)工作要求可以調(diào)節(jié)。對(duì)不同土壤有較強(qiáng)的適應(yīng)性，用途比較廣泛。 1 牽引用拖拉機(jī) 2 耕地鏈 3 減速裝置 4 挖坑機(jī)懸臂 5 排土輪 圖 3鏈刀式挖坑機(jī) 挖坑機(jī)是一種連續(xù)式挖掘設(shè)備，根據(jù)行走裝置不同可分為輪胎式和履帶式。根據(jù)工作裝置的不同，可分為鏈齒式和輪斗式兩大類。另外，由于耕地的深度和寬度不同，品種較多。按排土方式分為地面直排土、膠帶輸送機(jī)排土。地面直排土一般用于小型挖坑機(jī)，膠帶排土一般用于大型挖坑機(jī)按挖坑機(jī)刀型分為鏈斗式、鏈 鏟式、鏈齒式、圓盤銑切式、輪斗式和輪齒式等多種形式 [16]。 主動(dòng)鏈輪的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力由拖拉機(jī)輸出軸輸入變速箱，經(jīng)變速箱降速增扭之后傳遞給主動(dòng)鏈輪。變速箱固定在支架上，拖拉機(jī)尾軸與變速箱之間以萬向節(jié)連接，變速箱固定在拖拉機(jī)尾部。工作時(shí)，拖拉機(jī)以速度 過控制拖拉機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速和變速箱，手扶式挖坑機(jī) 22 帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪，使耕地鏈條以線速度 坑機(jī)工作臂內(nèi)有液壓張緊缸，在新型耕地鏈條伸張時(shí)，可以張緊鏈條。 參照傳統(tǒng)的挖坑機(jī)，對(duì)鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)其基本結(jié)構(gòu)研究可以對(duì)其分為四大部分：工作部件；動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；機(jī)身和安全 裝置等 [16]。 （ 1）工作部件：工作部件包括完成主要工作的主動(dòng)型工作部件和完成輔助工作的從動(dòng)型工作部件。主動(dòng)型工作部件是以特種鏈條帶動(dòng)的切削刀片。鏈條帶動(dòng)刀片做往復(fù)運(yùn)動(dòng)繼而進(jìn)行挖土工作。 （ 2）動(dòng)力傳動(dòng)部件：機(jī)械式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括萬向傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)兩部分，其動(dòng)力來自拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸。萬向傳動(dòng)是通過帶有空間可變角度的成對(duì)使用的萬向節(jié)傳遞動(dòng)力，適用于可變軸線位置的傳動(dòng)，它連接在拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸和挖坑機(jī)的減速箱之間。齒輪傳動(dòng)是一級(jí)或兩級(jí)以上的減速裝置，用于成倍地降低動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速并改變動(dòng)力傳遞方向，最終 將動(dòng)力傳遞給挖坑機(jī)鏈輪并帶動(dòng)耕地鏈進(jìn)行耕地工作。 （ 3）機(jī)身： 包括機(jī)架和成型器。機(jī)架是挖坑機(jī)的骨架；所有部件均連接在機(jī)架上。目前我國(guó)旋轉(zhuǎn)挖坑機(jī)多采用平行梁架，用鋼管或槽鋼焊合而成。成型器位于機(jī)架的尾部，工作時(shí)起穩(wěn)定作用，并可刮出溝底和溝壁，保持溝型整齊、干凈。 （ 4）安全裝置：安全裝置的作用是防止旋轉(zhuǎn)挖坑機(jī)過載（或過載時(shí)的保護(hù)措施），保護(hù)拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸和挖坑機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。使用最多的是摩擦片式安全離合器，一般安裝在挖坑機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入端。此外，變速箱設(shè)計(jì)有一個(gè)倒速檔位，可以在過載卡住鏈條時(shí)，倒速運(yùn)轉(zhuǎn)，退 出卡在重土壤中的鏈條。 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)由普通拖拉機(jī)提供動(dòng)力，主要由變速器，工作臂梁架，耕地器，液壓升降部件和分土器等部分組成。挖坑機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力由拖拉機(jī)后輸出軸輸出至變速器，經(jīng)過變速傳遞給耕地部分，工作臂通過液壓系統(tǒng)控制使其后傾一定角度，置于其上的耕地鏈與土壤作用，在機(jī)組前進(jìn)的同時(shí)，耕地鏈斜向下伸出切土，繼而開出斜溝，耕地同時(shí)，利用耕地鏈將沙土帶出溝，并由分土器將沙土攤開于溝沿兩側(cè)。處于工作狀態(tài)的挖坑機(jī)示意圖如圖 3地鏈工作時(shí)后置前傾一個(gè)角度，耕地時(shí)，在機(jī)組前進(jìn)的同時(shí)，耕地鏈條等工作部件旋轉(zhuǎn) ,斜向下伸出切 土 ,逐漸開出一段斜溝，同時(shí)將沙土帶出溝，并由分土器將沙土推開。 23 圖 3坑機(jī)示意圖 式挖坑機(jī)的特點(diǎn) （ 1） 工作效率高。挖坑機(jī)屬連續(xù)挖掘工作裝置，集挖掘和排土于一體而挖掘機(jī)屬于半連續(xù)挖掘工作裝置，其輔助作業(yè)時(shí)間多，如旋轉(zhuǎn)卸土、再旋轉(zhuǎn)歸位。所以挖坑機(jī)的挖溝速度與挖掘機(jī)相比，工效可以提高 3～ 5 倍，尤其對(duì)挖掘窄深溝槽，效果更為明顯。 （ 2） 超挖量小。使用挖掘機(jī)挖溝，超挖量大，溝的橫截面呈倒三角形。溝的邊緣不整齊，施工時(shí)不僅挖掘量大，回填量也大。而專用挖溝機(jī)則可以根據(jù)不同管道直徑選擇不同寬度 的裝置，溝的橫截面呈矩形。并且挖掘量和回填量都恰到好處據(jù)統(tǒng)計(jì)，二者相比，取土量后者少，總的施工成本可大大節(jié)約。 （ 3） 工作速度快，提高工期完成速度。以光纜鋪設(shè)為例，用來鋪設(shè) 1～ 2 在人工挖掘約 50 2 人每天最多可挖 15 m 長(zhǎng)。利用本項(xiàng)目成果的光纜鋪設(shè)裝置，每小時(shí)可開挖 8 2 00 m。每天按 8 小時(shí)計(jì)算，提高挖掘工效 100 多倍。并且可挖重土壤，如巖石等。 （ 4）對(duì)于較硬地面，挖坑機(jī)可以直接作業(yè)，不需要爆破松動(dòng)。 作部件基本參數(shù)的選 擇 工作部件基本參數(shù)的選擇如圖 3于動(dòng)力載荷作用在鏈刀上以及切削土壤手扶式挖坑機(jī) 24 磨損因素的結(jié)果，使其工作鏈刀的速度受到一定的限制。對(duì)于礦物質(zhì)土壤工作時(shí)，鏈刀速度～ 2m/s[17]。 圖 3向挖坑機(jī)工作部件基本參數(shù)和切削土壤狀態(tài)圖 鏈刀工作部件水平移動(dòng)的工作速度 y ? ? (3 式中： ? —— 理論生產(chǎn)率 B —— 溝寬（ m） H —— 溝深（ m） 鏈刀運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度 c o ? （ m/s） (3中： 鏈刀速度 (m/s) 鏈刀工作部件水平移動(dòng)的工作速度（ m/s） 25 s?—— 工作鏈刀對(duì)水平面的傾角，一般取 ?48 ～ ?65 ，此角影響鏈刀之間土壤的充滿程 度。 鏈刀絕對(duì)速度向量的傾角 ? 按下式計(jì)算： V V ?? ? ?? c os s n（ 3 鏈刀高度 若增加鏈刀高度，則鏈刀遇到障礙時(shí)，鏈?zhǔn)焦ぷ鞑考锏呢?fù)荷就會(huì)增加。 刀片節(jié)距片切削厚度 ? ： )s ??? ?? (3挖坑機(jī)運(yùn)動(dòng)速度與鏈刀的切削厚度的協(xié)應(yīng)關(guān)系如圖 3根據(jù)該圖，可以得出二者的關(guān)系如下： 11 0 0 0s ??? ??3 圖 3坑機(jī)作業(yè)速度與切削厚度的協(xié)應(yīng) ?????c a nc ????V 由于實(shí)際耕地過程中， V ?? ，所以上式可以簡(jiǎn)化為： ?? ，則可知： ??? ??2。即 ? 、 ? 近似互余。 當(dāng)在合理切削土壤的條件下可采用下式： 手扶式挖坑機(jī) 26 )(15~10 mb c??(3式中： 刀片節(jié)距（ m） 刀片厚度（ m） 對(duì)于 是暗渠的溝寬 B。 作部件的切削厚度c?： 99 )1( Z ??? （ m） (3對(duì)于預(yù)選的刮刀高度和節(jié)距應(yīng)當(dāng)驗(yàn)算其輸送能力，正確的選擇鏈刀高ch、 (3 式中： ? —— 給定的生產(chǎn)率（ )/3 ?? —— 鏈刀式工作部件按排出能力計(jì)算的生產(chǎn)率（ )/3 土壤松散系數(shù) ? —— 與鏈條運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的散開系數(shù)。見表 3 表 3土壤散開系數(shù) )/( ? 于土壤散開系數(shù)和鏈刀的運(yùn)動(dòng)速度有直接關(guān)系，所以需要對(duì)鏈刀的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行研究。耕地時(shí)，刀鏈?zhǔn)艿絼?dòng)力的驅(qū)動(dòng)和土壤阻力的作用，刀刃和鏈節(jié)軸承將發(fā)生磨損和曠動(dòng)，為了保證作業(yè)質(zhì)量和避免過分的振動(dòng)，對(duì)刀鏈的運(yùn)動(dòng)速度須作一定的限制。根據(jù)試驗(yàn)，前蘇聯(lián)學(xué)者推薦的刀鏈線速度 v c 值為：沙性土 1～ 2m/s;泥炭土 3～ 4m/s[18]。本課題中取鏈刀運(yùn)動(dòng)速度為 s，則相應(yīng)的土壤散開系數(shù)為 ??? 27 對(duì)于鏈刀的排土能力的計(jì)算生產(chǎn)率， 可以通過鏈條水平傾角與土壤的自然休止角進(jìn)行比較得出：其比較原理如下： 當(dāng) ??時(shí)， )]t 21[3 6 0 0 ??? ???? （ )/3 (3當(dāng) ??時(shí)，ct )(3 6 0 0 ??? ???( )/3 (3當(dāng) ?? ? ?（ )/3 (3式中： 鏈刀高度（ m） ? —— 松散土壤的自然休止角 刀片節(jié)距（ m） 刀片寬度（ m） 鏈刀速度（ m/s） 對(duì)于土壤的自然休止角，是土壤自然條件下，不滑坡的最大傾斜角度，實(shí)際土壤試驗(yàn)中可以利用休止角測(cè)定儀進(jìn)行土壤休止角的測(cè)量，本文根據(jù)實(shí)際耕地情況，重壤土的休止角為 3