MD40-150型多功能開溝機開溝機構(gòu)設(shè)計說明書要點

1、 和鳥埋粥盤乂嚳和佔晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙MD40-150型多功能開溝機開溝機構(gòu)設(shè)計專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化姓名：XX指導(dǎo)教師：XX摘要多功能開溝機是工程機械的主要機種之一，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)。開溝機具有專用性 強，設(shè)備投資少，可連續(xù)挖掘，工作效率高等特點，特別是對于窄而深的溝渠， 挖溝機的優(yōu)勢更加明顯。采用多功能連續(xù)型開溝機，可以提高開溝及回填效率, 減少人力和物力浪費。論文主要工作包括：1. 系統(tǒng)分析了國內(nèi)外開溝機的發(fā)展現(xiàn)狀和鏈?zhǔn)介_溝機的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上， 確定了開溝機為回轉(zhuǎn)鏈?zhǔn)介_溝機。根據(jù)工作環(huán)境、農(nóng)藝要求以及動力學(xué)分析結(jié)

2、果，確定了整機前進速度、鏈速、生產(chǎn)率、切土阻力、切削功耗、總功耗、切 削厚度等基本參數(shù)和整機的總體方案。2. 開展了鏈?zhǔn)介_溝機結(jié)構(gòu)設(shè)計。該機由掛接架、傳動機構(gòu)和開溝裝置等主 要部件組成。關(guān)鍵詞：多功能開溝機，挖溝機，開溝機構(gòu)，挖溝器第1頁 和鳥驍埋粥盤乂嚳和：孝晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙AbstractMultifiunctional ditcher is one of the main types of engineering machinery. It is widely used in construction of farmland irrigation and water conser

3、vancy, com muni catio ns cable and oil pipe lay ing, muni cipal con structi on and the con struct ion of the military. Ope n ditch machi nes have specificity, they n eed less the equipment investment ,continuous mining .And the working efficiency is higher . It is morely used for n arrow and deep di

4、tch. The adva ntage of diggi ng ditches mach ine are more used at apparent. Multifunctional ditcher can improve the efficiency of trenching and backfilling to reduce the human and material waste.The following work is done:1. The development of domestic and overseas trenchers, the application to comp

5、uter assisted analysis in the fields of agricultural machinery and the research to chain-trencher were systematically analyzed and the ditcher belonging to rotary cha in-type tren cher was con firmed. Accord ing to the worki ng en vir onment, agro no mic requireme nts and the outcome of dyn amical a

6、n alysis, the basic parameters such as groove width and deep, forward speed, cha in speed, productivity, resista nee of cutti ng soil, cutti ng power Con sumpti on, total power con sumpti on, power rate and cutt ing thick ness and the overall project were con firmed.2. The structural desig n and tri

7、al-ma nu facture of cha in-tren cher were developed. The trencher was made up of joint and transmission mechanism and ditching equipme nt. The fun cti onal test ing was developed at the same time.Key Words: Multifunctional ditcher; Ditcher； Trencher attachment;第 #頁 和鳥埋粥盤乂嚳和佔晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙目錄1緒論11.1概述11

8、.2國內(nèi)外開溝機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 21.2.1國外開溝機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.2.2國內(nèi)開溝機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 31.3本次設(shè)計的意義和目的 61.4本次設(shè)計的主要內(nèi)容 62多功能開溝機鏈?zhǔn)介_溝機構(gòu)的總體設(shè)計 72.1多功能開溝機的運動學(xué)分析 72.2多功能開溝機的動力學(xué)分析102.2.2開溝機所需功率的計算112.3多功能開溝機總體參數(shù)的確定 153開溝機構(gòu)關(guān)鍵部位的設(shè)計163.1開溝機構(gòu)的設(shè)計分析 163.2鏈刀組合的設(shè)計計算173.2.1鏈條設(shè)計183.2.2主動鏈輪及從動鏈輪的設(shè)計203.2.3螺旋從動輪的設(shè)計 223.3主軸組合設(shè)計 243.3.1主軸設(shè)計243.3.2軸承選擇243

9、.3.3主軸鍵的選擇253.4從動軸組合的設(shè)計253.4.1從動軸設(shè)計253.4.2軸承選擇26343從動軸鍵的選擇263.5螺旋從動軸組合的設(shè)計273.5.1螺旋從動軸設(shè)計 273.5.2螺旋從動軸鍵的選擇273.5.3螺旋分土器設(shè)計283.5.4軸承選擇303.6刮土器的設(shè)計 303.7刀片結(jié)構(gòu)參數(shù) 313.8機架組合設(shè)計 363.9連接架的設(shè)計364多功能開溝機開溝機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 375開溝機構(gòu)液壓馬達的選擇與校驗 386總結(jié)與展望 406.1總結(jié)406.2展望40參考文獻41附錄42致謝44第 5頁 和鳥埋粥盤乂嚳和佔晚 畢業(yè)設(shè)計(論文)用紙1緒論1.1概述開溝機是工程機械的主要機種之

10、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)。開溝機具有專用性強，設(shè) 備投資少，可連續(xù)挖掘，工作效率高等特點，特別是對于窄而深的溝渠，挖溝 機的優(yōu)勢更加明顯。開溝機尤其適應(yīng)于土質(zhì)較硬、施工場地狹小，人工開挖和挖掘機等土方機 械無法作業(yè)的地方。同時開溝機的施工成本低于挖掘機等土方機機械的施工成 本，甚至比人工施工還低而深受廣大施工單位的歡迎。開溝機構(gòu)是在封閉的鏈上均勻的裝有多個切割齒，封閉鏈沿著構(gòu)架移動。 切割齒挖掘土壤，土壤被帶到卸載地點卸載。螺旋分土器把切下來的土分到溝 的兩邊。在液壓馬達的驅(qū)動下，驅(qū)動鏈輪旋轉(zhuǎn)，鏈條的緊邊上的切割齒承擔(dān)著 連續(xù)的挖掘土壤

11、。土壤在切割齒的帶動下繞過驅(qū)動鏈輪時卸載，卸載后的鏈齒 沿構(gòu)架的上側(cè)往下運動。切割齒繞過構(gòu)架的端部后進行挖掘，這樣連續(xù)不斷的 工作。在驅(qū)動鏈輪處落下來的土壤，經(jīng)過兩側(cè)的分土器，被分到溝的兩側(cè)。挖 溝機前行，就形成了溝槽。為了改變挖溝機工作面的傾角和挖溝深度，在機器上面裝有提升油缸，通 過控制液壓缸提升或下放挖溝器。為了清理殘留在溝里的土壤，在構(gòu)架上安裝了刮土器，用于清理溝中的土 壤。鏈?zhǔn)竭B續(xù)型開溝機具有以下五個方面的優(yōu)勢：(1) 提高了工作效率開溝機屬連續(xù)挖掘工作裝置，集挖掘和排土于一體；而單斗挖掘機屬于半 連續(xù)挖掘工作裝置，其輔助作業(yè)時間多，如旋轉(zhuǎn)卸土、再旋轉(zhuǎn)歸位。所以開溝 機的挖溝速度與單

12、斗挖掘機相比， 工效可以提高35倍，尤其對挖掘深且窄型 溝槽，效果更為明顯。(2) 減小了超挖量使用單斗挖掘機挖溝，超挖量大，溝的橫截面呈倒三角形。溝的邊緣不整 齊，施工時不僅挖掘量大，回填量也大。而專用開溝機則可以根據(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倒好處； 拒統(tǒng)計，二者相比，取土量后者可以少挖 23.8%,總的施工成本可節(jié)約50%(3) 工作速度快，能提高工期完成速度以凱斯860開溝機為例，挖溝時最高速度可達 3.9m/s，其挖溝速度是其它 機械不可比擬的。每天按6個工作小時計算，最多可以挖掘深 2m寬0.25m， 84000m長度的溝，效率十分驚

13、人。按最低速度 0.25m/s，每天按6個工作小時第1頁 和鳥驍埋粥盤乂嚳和知晚 畢業(yè)設(shè)計(論文)用紙 計算，最多可以挖掘5.4km長度的溝，效率也是十分可觀?？煽s短施工工期。 而單斗挖掘機挖同樣規(guī)格的溝，每挖同樣公里長度的溝槽，所費工時要長得多(4) 對于較硬地面，開溝機可以直接作業(yè)，不需要爆破松動(5) 回填效率咼單斗挖掘機挖溝，回填土要用裝載機或推土機協(xié)助作業(yè)，而開溝機自帶推 土板，施工成本大大降低。1.2國內(nèi)外開溝機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1國外開溝機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢開溝機在歐洲、美洲各發(fā)達國家和亞洲的日本等國廣泛的應(yīng)用在土方施工 領(lǐng)域，僅美國年需求量就達數(shù)千臺。開溝機發(fā)達的國家主要有

14、德國、意大利、 美國、俄羅斯和日本等國。經(jīng)過40多年的發(fā)展，在開溝機應(yīng)用方面，以其生產(chǎn) 效率高、成本低，而代替了常規(guī)的單斗挖掘機。其中美國生產(chǎn)開溝機的公司主要有凱斯公司，生產(chǎn)的開溝機有CASE860DH5 等；美國百萊瑪.威猛 (Balama Prima-Vermeer)公司，生產(chǎn)的開溝機型號有 T1555 T1055 1955 等。英國主要有MASTENBRC公司，生產(chǎn)開溝機的主要型號有：1012、M20/18、 2615 H 等。德國的大型開溝機作業(yè)寬度較大，鏈?zhǔn)降墓ぷ餮b置可挖0.251.2m或0.352.4m寬度，0.53.010.0m深度的溝槽。挖溝裝置分為鏈?zhǔn)?、滾筒式 和圓盤式三種。

15、三種型式的裝置可在主機上任選一種安裝。三種型式的裝置使 用范圍見表1.1。主機由專用的履帶式基礎(chǔ)車加裝挖溝裝置構(gòu)成。對鏈條的驅(qū)動可分為機械 式和液壓式兩種。機械式傳動為多級變速箱+變矩器型；液壓式為油泵+液壓馬達型。法國T&CTrouvay&Cauvin)公司生產(chǎn)開溝機已經(jīng)有30多年的歷史。其生產(chǎn)的 Rivard系列開溝機為履帶行走、斗輪式工作裝置。履帶和斗輪都采用靜液壓傳 動。其中TR120和 TR200C型的履帶可傾斜調(diào)節(jié)，以自動補償不平地面工況。斗 輪可偏離中心500mm圖1-1美國凱斯公司生產(chǎn)的CASE86C鏈?zhǔn)介_溝機表1.1 三種形式的工作裝置使用范圍第 3頁 和鳥驍埋粥盤乂嚳和知晚

16、 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙類型使用范圍鏈?zhǔn)酵趯挘╩挖深（m）主要用途0.25 0.240.5 10.0埋設(shè)管道、隧道中央排 水溝、隧道下半部掘削 和平基時開掘溝裝自由 面滾筒式切削滾筒寬3 4m直徑1 4m用于路基、平基、大壩 堤堰基礎(chǔ)、隧道卜半部 等寬幅掘削和殘壁掘削圓盤式0.2 0.30.8 1.4可挖窄溝。如：排水溝、 管道、電線埋設(shè)溝法國JcLd公司成立于1984年，主要生產(chǎn)Major牌開溝機。產(chǎn)品采用潑金 斯柴油機，功率為119.4kw，四輪驅(qū)動，行駛速度27km/h。挖溝深度0.71.5m, 寬度為0.20.45m。1998年Deketh H J R ，Alvarez M，Grima.

17、等在現(xiàn)有巖石開溝機開溝性能 的研究成果基礎(chǔ)上構(gòu)建了在不同土壤環(huán)境下的巖石開溝機功耗及刀片磨損預(yù)測 模型（Deketh H J R et al. ，1998）。1999年Alvarez M, Grima，P N W, Verhoef等人針對大型巖石開溝機威猛 T-850用模糊邏輯的方法對開淘機的開溝性能進行了預(yù)測分析（Alvarez M etal.,1999）。1.2.2國內(nèi)開溝機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)開溝機的研究和使用相對發(fā)達國家起步比較晚。1975年，我國農(nóng)星系統(tǒng)引進了意大利非亞特公司 FLAT系列旋轉(zhuǎn)圓盤挖溝機，該機配套 73.5KW的拖 拉機進行開溝作業(yè)。1975-1982年期問，我國農(nóng)墾

18、系統(tǒng)大學(xué)，科研院所的科研帶 頭人參考FLAT挖溝機的工作原理及其結(jié)構(gòu)原理，通過對相關(guān)部件的改進，研制 出了多種挖溝機，由于動力輸出配備等原因，這些挖溝機都沒能推廣。到了八 十年代中期，我國引進丁少量挖溝機，主要用于排水工程作業(yè)。八十年代后期， 由水利部牽頭，上海拖拉機廠、無錫拖拉機廠和丹東拖拉機廠分別開發(fā)了用 55KW 拖拉機配套使用的挖溝機，由于技術(shù)性能和經(jīng)濟性等原因，最后都被淘汰。到 1991年由安徽省宣州市孫阜鎮(zhèn)農(nóng)機管理服務(wù)站通過對8.8KW手扶拖拉機配套農(nóng)具一一旋耕機進行合理的改裝，研制出了IKS-20型臥式彎刀開溝機（吳相平，1998），該機適應(yīng)性廣泛，可一次性開挖出較為理想的溝型。

19、1995年，江蘇省高郵市平安開溝機廠生產(chǎn)的平安牌IKS-30型單懸臂式開溝機（高郵市平安開淘機 廠，2006）（圖1-2 ）它采用單懸臂機架和框架式刀盤以及分層切削刀片。開溝 效果好，成本相對較低，得到了廣大使用者的好評。圖1-2 IKS-30型 單懸臂式開溝機2000年，天律工程機械研究脘利用 TN654型拖拉機改裝成挖溝機GC65 并于2002年研制GC65C型鏈刀式開溝機（安志國，2003）主要適用于鋪設(shè)水利管 道和電纜等工程，該機采用機械傳動，其功率與挖溝效率均達到了國外研制的 開溝設(shè)備較為先進的水平。同年，天津工程機械研究院根據(jù)西氣東輸?shù)男枰?開發(fā)出WG30型履帶式全液壓挖溝機（江

20、創(chuàng)華，2002）。該機最大挖溝寬度可達 900mm最大挖溝深度達2200mm挖掘鏈速度 0-4m/s，作業(yè)速度最高可達1400m/h。由中國農(nóng)業(yè)機械化研究院耕作種植機械研究所研制的具有代表性的鏈?zhǔn)?開溝機1KZ-30型自走式（圖1-3）和IK-30型懸掛式鏈?zhǔn)介_溝機（中國農(nóng)業(yè)機械化 研究院，2005）。這兩種開溝機主要用于農(nóng)田矩形溝槽鋪設(shè)管道或電纜，以及種 山藥等農(nóng)作物?？砷_挖溝寬為100m，深度1500mn的溝型，丌溝刀片和鏈條通 過特殊加工處理，增加了使用壽命。圖1-3 1KZ-30型自走式鏈?zhǔn)介_溝機隨著21世紀(jì)世界經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，市場競爭已由區(qū)域競爭擴大到全球化的競爭，并日益激

21、烈。產(chǎn)品消費結(jié)構(gòu)不斷向多元化，個性化方向發(fā)展。 面對變化莫測的市場需求，企業(yè)為了提高自身的競爭能力，必須盡快改變生產(chǎn)第 5頁 和鳥驍埋粥盤乂嚳和：孝晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙 品種，更新產(chǎn)品設(shè)計，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，降低產(chǎn) 品的研發(fā)成本，進行創(chuàng)新性設(shè)計，以便對多變的市場需求做出快速敏捷的響應(yīng)， 在市場競爭中獲得相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~和利潤。近代科學(xué)技術(shù)、工程設(shè)計的理論、方法和手段都在適應(yīng)這種要求。特別是 近30年來，工程設(shè)計手段的先進與否、數(shù)字化程度的高低，在很大程度上決定 了產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的周期、質(zhì)量和成本。CAD技術(shù)是計算機應(yīng)用于工程設(shè)計中最早 和最成功的典范，它的出現(xiàn)和廣泛使用

22、，將設(shè)計人員從費時、重復(fù)、繁瑣的手 工繪圖方式中解放出來，不但提高了工程圖紙的質(zhì)量和繪制速度，而且能在設(shè) 計完成前由計算機預(yù)先顯示產(chǎn)品最終的外形結(jié)構(gòu)以供估價，更重要的是為設(shè)計 人員將更多的時間和精力用于創(chuàng)造性的工作提供了條件，并為社會帶來了巨大 的效益。虛擬樣機技術(shù)在工程設(shè)計過程中的應(yīng)用，再次極大地改進了產(chǎn)品的設(shè) 計手段，可以幫助設(shè)計人員分析機械系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)強度、剛度，以及熱特 性和動態(tài)特性，并進一步推動了 CAD技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用。計算機技術(shù)的應(yīng)用，讓人們逐漸認(rèn)識到這樣一個事實：即使機械系統(tǒng)中的 每個零部件都是經(jīng)過優(yōu)化的，也不能保證整個系統(tǒng)的性能是良好的，即系統(tǒng)級 的優(yōu)化絕不是系統(tǒng)中各部

23、件優(yōu)化的疊加，而是由各部件組成的整機系統(tǒng)性能優(yōu) 化。虛擬樣機技術(shù)就是在這種迫切需要的驅(qū)動下產(chǎn)生的。機械系統(tǒng)虛擬樣機技 術(shù)作為一種應(yīng)用于機械系統(tǒng)設(shè)計過程中的高新技術(shù)手段，是現(xiàn)階段解決這類問 題較為有效的技術(shù)方案之一。我國七十年代中期由天津工程機械研究所和長春工程機械廠合作，研制出 我國首臺輪斗式開溝機。八十年代中期，三、四個廠家曾分別開發(fā)了幾種開溝 機械，但由于經(jīng)濟性和技術(shù)性等原因，未能使挖溝機在國內(nèi)全面推廣。直到二 十世紀(jì)末，天津工程機械研究所開始新一輪開溝機的研制，主要研制的是輪式 開溝機，研制出GC6C挖溝機和軍用挖濠機兩種開溝機械，但鏈?zhǔn)竭B續(xù)型開溝機 在國內(nèi)還是空白。因此，研發(fā)該機種具有

24、的重要現(xiàn)實意義。1992年謝金泉等分析了鏈齒式開溝機的特點，分析了切削進距、作業(yè)傾角、刀片捧列、鏈齒線速度等因素對比功的影響。建立了鏈齒式開溝機工作部件主 要參數(shù)的設(shè)計方法結(jié)果表明：切剖進距3cm。作業(yè)傾斜角40。，鏈齒線速度0.356m/s其比功拔小。刀片的排列原則應(yīng)保證刀片作單側(cè)切削以及力和力矩的 平衡與穩(wěn)定。（謝金泉，1992）。1996年劉海宗等設(shè)計并研制成功一種用于凍土鏈?zhǔn)介_溝機的刀具，進行了 室內(nèi)及野外試驗，證明所研制的硬質(zhì)臺金刀具具有不碎不裂不崩刃耐磨性好的 優(yōu)越性能，使用壽命較長的優(yōu)點。發(fā)現(xiàn)了凍土切削時隨著切削速度的提高，切 削阻力和單位切削阻力有明顯下降的規(guī)律，首先提出高速熱

25、融切削的論點，井 在室內(nèi)和野外試驗中所證實，對凍土開挖技術(shù)有重要指導(dǎo)意義（劉海宗等，1996）。2004年吉林大學(xué)王云超以美國凱斯公司生產(chǎn)的CASE860鏈?zhǔn)介_溝機（圖1-1 ）為研究對象忽略了刀片的影響，建立挖溝器的三維模型，運用有限元及 ADAM虛擬仿真軟件等研究了開溝機的動臂裝置一挖溝器的動態(tài)特性。得出挖溝適 和鳥埋粥盤乂嚳和知晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙 器的各階固有頻率以及在不同頻率沖擊力作用下對應(yīng)的挖溝器的位移和應(yīng)力響 應(yīng)特性曲線（王云超，2004）。2006盧峰提出一種新型刀式礦土復(fù)合型鏈?zhǔn)介_溝機的結(jié)構(gòu)方案，并對此結(jié) 構(gòu)方案的鏈?zhǔn)介_溝機的工作原理、總功率的確定等進行了理論研究。（盧峰

26、,2006）。1.3本次設(shè)計的意義和目的開溝機是工程機械的主要機種之一，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)、市政施工以及軍事施工工程的建設(shè)。開溝機具有專用性強， 設(shè)備投資少，可連續(xù)挖掘，工作效率高等特點，特別是對于窄而深的溝渠，開 溝機的優(yōu)勢更加明顯。在國外，連續(xù)式開溝機的使用已經(jīng)非常普遍，許多地下 公用設(shè)施施工都用專業(yè)開溝機，而很少使用單斗挖掘機。在我國除極少數(shù)單位 引進國外的連續(xù)式開溝機外，國產(chǎn)開溝機仍處于設(shè)計研發(fā)的初步階段。隨著社會主義建設(shè)的不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)中土方施工工程規(guī)模越來越大， 施工中面臨著巨大的挖溝工作量。然而傳統(tǒng)的手工開溝，效率較低，成本較高， 給城市交通帶

27、來了極大的不便，而進口開溝機則價格昂貴，不適合我國國情。本設(shè)計研發(fā)的多功能小型開溝機， 適合我國土方作業(yè)國情，該機體積小巧， 功能多樣，能同時完成開溝、排土、回填、路面切割及破碎等工作。采用履帶 式工程機械底盤，全液壓驅(qū)動，可實現(xiàn)無級變速，以適應(yīng)惡劣工況環(huán)境下的作 業(yè)；在車前布置工作裝置，連接快速接頭，快速切換多種工裝，實現(xiàn)切割、破 碎、挖掘等工況；在車尾布置鏈?zhǔn)交剞D(zhuǎn)刀，實觀開溝。履帶式全液壓多功能開溝機的研制在國內(nèi)尚屬起步階段，其中很多理論計 算、設(shè)計方法以及高新技術(shù)在國內(nèi)尚未有系統(tǒng)、完善的介紹。本課題提出的許 多新觀點、新思路，對履帶全液壓多功能開溝機的設(shè)計研發(fā)有一定的參考和借 鑒價值。開

28、發(fā)履帶全液壓多功能開溝機具有很重要的經(jīng)濟和社會意義。1.4本次設(shè)計的主要內(nèi)容本次設(shè)計主要為MD40-150型多功能開溝機開溝機構(gòu)。主要內(nèi)容有多功能 開溝機鏈?zhǔn)介_溝機構(gòu)的整體設(shè)計、鏈?zhǔn)介_溝機的整體功率確定、主動軸組合的 設(shè)計、從動軸組合的設(shè)計、螺旋從動軸組合的設(shè)計、機架的設(shè)計、開溝機構(gòu)刮 土器組合設(shè)計。第 7頁和鳥建埋粥盤乂嚳和：暫晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙2多功能開溝機鏈?zhǔn)介_溝機構(gòu)的總體設(shè)計根據(jù)鏈?zhǔn)介_溝機原理，選用鏈節(jié)距Ld = 76.2mm的三列鏈，總寬度為400mm,前進速度v0 =1000m/h。將寬度Q =225mm,高度hc = 150mm的圓弧 形刮刀，每兩把一組對稱安裝在鏈條上。2

29、.1多功能開溝機的運動學(xué)分析生產(chǎn)率 Q 二 BHv0=400 1500 1000m/h = 600m3/h（2-1）8.8kw手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計 式中：B溝寬；H溝深；V0 前進速度鏈刀的線速度Va 二.V12 V02 -2v1v0co（ 2-2）8.8kw手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計式中：V0 開溝機前進速度，V。= 1000m/h = 0.278m/sV1 鏈條傳動的線速度:-V1與地面的夾角，取:=45現(xiàn)有開溝機的鏈速一般為V=1-15m/s，鏈速設(shè)計為8.5 m/ s。所以Va =0.27828.52 -2 0.278 8.5 cos45 =3.3m/s當(dāng) V1 V0 時，可以認(rèn)

30、為 V1 Q Va，二o開溝機的切削厚度，如圖2-1所示，第 9頁費 和鳥驍埋粥盤乂嚳和：彎晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙圖2-1切削厚度矢量圖vLd .0.278 76.2 .sinsin 45 = 2.49mm（2-3）Vi8.5鏈?zhǔn)酵跍蠙C挖溝器動態(tài)特性研究12頁所設(shè)計的開溝機為2把刀片一組，占據(jù)2個外鏈節(jié)，所以各組刀片中同一相位的刀片距離為8Ld。切削寬度是刀片在每次切削時，在鏈寬度方向上，所切削的土壤寬度。現(xiàn) 挖400mn寬的溝，設(shè)計由2把刀片為一組，并使其排列方式滿足不重不漏，則 刀片切削寬度B 400/ c 八b200mm（ 2-4）2 2鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其 CAA 12頁 對初步選

31、定的刀刃寬度和鏈條節(jié)距，需要檢驗其輸送和清除土壤的能力， 正確選擇的切削寬度b應(yīng)能滿足下列條件1 QEQ （ 2-5）Kp鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其 CAA 12頁 式中：Q鏈刀按排土能力計算的生產(chǎn)率（m3/h）Kp 土壤松散系數(shù)，根據(jù)土壤系數(shù)表，土壤類型選擇前四類，可確定Kp取值范圍是1.01 1.30。人一與鏈條運動速度有關(guān)的散開系數(shù)，見表2-1表2-1 土壤散開系數(shù)V1（m/s）0.111.520.970.920.850.75鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其 CAA 12頁 開溝時，刀片受到主鏈輪的驅(qū)動和土壤阻力的作用，刀刃和鏈節(jié)軸承將發(fā) 生磨損和震動，對刀鏈的運動速度需作一定的限制。鏈刀速度為3.5

32、m/s，對鏈刀的排土能力的計算，可以通過開溝機構(gòu)的水平傾角與土壤的自然休止角進行 比較得出，其原理如下：當(dāng)卞” arcta n 時，LdLdQ、bhvi1- tan（黑： ；）2h鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其當(dāng)卅 -r - arcta n 時，LdQ、bhVihC0S（）2Ld鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其當(dāng):-=時，Q二 bhvi鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其 式中：h鏈刀的高度(2-6)CAA 12 頁(2-7)CAA 13 頁(2-8)CAA 13 頁r松散土壤的自然休止角表2-2 土壤自然休止角土的名稱干的度數(shù)溫潤度數(shù)潮濕度數(shù)礫石40:40廠35卵石354525粗砂303227中砂283525細砂25302

33、0重粘土145135:15亞粘土、輕粘土504030輕亞粘土403020腐殖土40:35:25填方的土354527鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其 CAA 13頁 結(jié)合實際開溝情況，認(rèn)為重壤土的休止角為30。一40。，取35。取鏈刀的高度 h=150mm Ld =8漢 76.2 = 609.6mm,由于 a =45,r arcta n 上=35 arcta n 1503513.8 = 48.8:Ld609.6取2-6式計算第 13頁和鳥驍埋粥盤乂嚳和：暫晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙Ldbhvi1一 ta n（=：；）=2h0.6096b 0.15 8.5 1tan（45 -48.8 ） = 0.17b2x

34、0.151 1_KQ =1.10.167 =0.0255p 厶0.72b 亠 0.0015m為保證土壤切削后能夠正常的被鏈刀帶出溝，鏈刀的寬度b最小不能小于3mm切削斷面面積是在任意位置上，切削寬度與切削厚度之積2A =、 b = 2.49mm 200mm = 498mm（ 2-9）鏈?zhǔn)酵跍蠙C挖溝器動態(tài)特性研究13頁2.2多功能開溝機的動力學(xué)分析圖2-2切割齒受力分解圖開溝過程中，刀片會遇到切削阻力以及土壤進入杯行刀體內(nèi)的阻力和帶動 土堆的阻力，后二項合稱為裝土阻力，裝土阻力和切削阻力之和稱為總阻力。鏈?zhǔn)介_溝機鏈傳動機理及初步仿生實驗研究2.2.1 切土阻力豎直刮刀的切削總阻力計算公式為90

35、_ tpFr =9.8ls（0.1）1.35（1 0.01、c）（1）e（ 2-10）180一種新型鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計參數(shù)和功率的確定2頁式中：Is 土壤堅實度計的沖擊次數(shù)，取Is =15第15頁莎 和鳥建埋粥盤乂嚳和：彎晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙一切削厚度刀片寬度一刀片切削角。對于圓弧形刀片刀片切削角等于后角2oe刀片尖角計算系數(shù)，取e=0.81將上式中的切削厚度、刀片切削角和刀片厚度作相應(yīng)的調(diào)整后得到單個刀 片的切削阻力13590*Fr =9.8ls（0.1、）. （10.01b）（12）e（2-11）1 359-12Fr =9.8 15 （0.1 2.49）（10.01 200） （1 一）

36、0.81 =31N180開溝機鏈刀總切削阻力Fr=Frz=31 6=186N（2-12）鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其CAA 14頁式中：z鏈條上同時與土壤作用的刀片數(shù)，工作時有一組刀片。即約6把刀片同時切土。由于刀片受到各種沖擊的影響，在設(shè)計時應(yīng)加入動載系數(shù)，一般情況下動載系數(shù)k。取1.3-1.5。貝U(2-13)Ft =Frz k0 =186 1.4=260.4N鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其 CAA 15頁2.2.2開溝機所需功率的計算1. 鏈條傳動所需的功率N1Ng Ns Nb(2-14) 8.8kW手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計式中：Ng 鏈刀切削土壤所需的功率Ns 升送土出溝所需的功率N b 輸送土到

37、溝沿上所需的功率c 開溝鏈的傳動效率，取c=0.8d 配套動力到開溝裝置的傳動效率，取d =0.8鏈刀切削土壤所需功率Ng 二 Ft Z Va（2-15）8.8kW手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計 式中：Ft 鏈刀總切削阻力z鏈條上同時與土壤作用的刀片數(shù)Va 鏈條運動的線速度Ng =260.4 6 8.5=13.3 103W =13.3kW升送土出溝所需的功率(2-16)9.8QH3.6 106 s8.8kW手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計 式中：C每小時的送土量H 升土高度，H=1500/2mm=750mms 輸送效率，s=0.85Q - t kp q（2-17）8.8kW手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計式中

38、：二T 理論生產(chǎn)率，600m3/hkp 土壤的松散系數(shù)，kp =1.1q 松散土壤單位容積的質(zhì)量，q =1.4t / m3Q =600 1.1 1.4 =924t/h由上式可得9.8QH3.6 106 s9.8 924 7503.6 106 0.85= 2.22kW第19頁輸送土到溝沿上所需的功率 和鳥驍埋粥盤乂嚳和佔晚 畢業(yè)設(shè)計(論文)用紙Nb98Q (L H)/23.6 10 b(2-18) 8.8kW手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計式中：b 輸送效率,b=0.85L 送土寬度,L=500mm9.8 9243.6X106 X0.85鏈條傳動所需的功率Ns(500750)/2 =1.85kWNg

39、Ns 7嚴(yán)3 222侮洛你c d 0.8 0.82. 開溝機前進和機械傳動所需的功率 前進所需的功率FVaNj 一3.6 103 b(2-19)第21頁 8.8kW手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計式中：F機器受到的總阻力(2-20)Va 鏈刀的線速度，Va =8.5m/sF 二 Fa 八Px -Fx 8.8kW手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計式中：Fa 機器行走時的阻力7 Px 被切削土壤對鏈刀的水平反力Fx 被輸送的土壤對鏈刀的水平反力機器行走時的阻力Fa =(G Ft sin ：尸 Ftcos：(2-21 )鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其 CAA 17頁 式中：G-機器自重，取 G=4000kg一滾動阻力系數(shù)

40、，取J =0.07Fa =(4000 260.4 sin45 ) 0.07 260.4 cos45 -477.02N觴 和仏驍埋粥盤乂嚳和：彎晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙Px 二 Fr （cost： ： & sin： ）（2-22）一種新型鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計參數(shù)和功率的確定式中：Fr 單個刀片的切削阻力，F(xiàn)r=31Nkb=( 0.21-0.22)kb& 刀口變鈍后，一個刀片切削土壤的寬度影響系數(shù)，見表3-3表2-3 b和kb的近似值b(m)0.050.100.150.200.250.300.40kb1.251.181.030.980.940.910.88農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊2007年版152頁二 PX 二

41、 Frz(cos 二：kb sin： )=31 6 ( cos45 +1.25 0.21 sin45 )=166.03N9.8Fx Qqcos：(2-23)3.6一種新型鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計參數(shù)和功率的確定式中：Q-理論生產(chǎn)率，Q =600m3/h = 0.167m3/sq松散土壤單位容積質(zhì)量，取q = 1.4t / m39 8 Fx0.167 1.4 cos45 =0.45N3.6綜上所述， F = Fa -、PX -Fx =477.02 -166.03 -0.45N =310.54NFVa3.6 103 b310.54 8.33.6 103 0.8二 0.895kW第 14頁機械傳動的功率為Nf

42、 =(0.05-0.07)的 Nj)(2-24) 8.8kW手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計Nf =0.06 (27.14 0.895) =1.68kW 和鳥驍埋翔盤乂嚳和知晚 畢業(yè)設(shè)計(論文)用紙3. 分土器所需功率Nh =CoQTb(2-25)鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其 CAA 16頁 式中：Co 螺旋分土器土壤阻力系數(shù)，Co =4-5Lb 移動的土壤到開溝邊的最大距離，一般取0.45-0.5 Nh =皿也=5 0.167 18000 0.5 =7500w =7.5kW4. 機器所需總功率Nt -1.5(N1 Nj NfNh)(2-26)8.8kW手扶拖拉機配套開溝機的設(shè)計 Nt =1.5 (27.

43、14 0.895 1.68 7.5) = 55.8kW2.3多功能開溝機總體參數(shù)的確定開溝機開溝深度不超過1500mm溝寬為400mm 土壤為普通硬度。整機前 進速度為1000m/h,理論生產(chǎn)率為600m3/h。鏈條線速度8.3m/s。開溝機構(gòu)和 水平方向夾角:=45。根據(jù)這些條件，得出所設(shè)計的開溝機參數(shù)，如表3-4所示。表2-4開溝機總體參數(shù)鏈刀切削厚度62.49mm單個刀片的切削阻力31N鏈條傳動所需的功率27.14kW開溝機前進所需的功率0.895kW機械傳動的功率1.68kW分土器所需功率7.5kW總功率55.8kW第15頁 和鳥驍埋粥盤乂嚳和佔晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙3開溝機構(gòu)關(guān)鍵部

44、位的設(shè)計3.1開溝機構(gòu)的設(shè)計分析開溝機構(gòu)是工作部件，由主軸組合1,鏈刀組合2,機架組合3,從動軸組合4,刮土機構(gòu)5,和連接架6等組成。如圖4-1所示圖3-1開溝機構(gòu)總體示意圖1、主動軸組合2、鏈刀組合3、機架組合4、從動軸組合5、刮土機構(gòu)6、機架組合3.2鏈刀組合的設(shè)計計算鏈刀組合圍繞在主動鏈輪，機架組合和從動輪鏈上，由于多功能開溝機可 挖深度不超過1500mm因此工作部件的總長在1.5-3m內(nèi)，兩個鏈輪中心距不能 大于2.5m。根據(jù)鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研究及其 CAA,傳遞功率P初定為24kW則額定功 率k p1 8F0A24kW=15.57kW（ 3-1）kzkm2.5 1.11鏈?zhǔn)介_溝機設(shè)計研

45、究及其 CAA 21頁式中：kA 工況系數(shù)，查機械設(shè)計手冊（單行本）一機械傳動第12篇104頁表 12-2-3，可得 kA=1.8kz 小鏈輪齒輪系數(shù)，查機械設(shè)計手冊（單行本）一機械傳動第12篇104 頁表 12-2-4，可得 kz=2.5km 排數(shù)系數(shù)，查機械設(shè)計手冊（單行本）一機械傳動第12篇104頁表 12-2-5，可得 km =2.5開溝機的鏈速一般為 v=1-15m/s。則主鏈輪轉(zhuǎn)速大約在100-1000r/mi n 之 間，初步定出主鏈輪轉(zhuǎn)速為600r/min。第17頁鏈?zhǔn)酵跍蠙C挖溝器動態(tài)特性研究開溝寬度為400mm則刀片切削刃寬度一般不能小于 50mm而單排鏈的寬 度為30mm左

46、右，小于刀具刃寬，則在鏈條上布置刀具時會出現(xiàn)重復(fù)切削的現(xiàn)象， 受力時鏈條也容易產(chǎn)生擺動而不穩(wěn)定，因此調(diào)整方案選用了3排鏈，則400mm/200mm=2所以每組至少2把刀片，2把一組對稱安裝，每組刀刃間的距離為2 U, =302mm因此需要40組刀片，每組占2對鏈節(jié)，則40x2=80對為方便安裝刀片，鏈條上等距分布有帶雙孔直附板的外鏈板，基本形狀為 腰圓形標(biāo)準(zhǔn)鏈板，并向外伸展成為一矩形連接板。如圖4-2所示，在豎直副板外加墊塊即可擴大刀片在寬度方向的切削范圍，易于調(diào)整溝寬，墊塊為中心的 矩形塊，寬度在140.7mm外鏈板、墊塊和圓弧形刀片通過螺栓連接在一起，均 勻分布在封閉的鏈條上。圖3-2鏈刀

47、組合結(jié)構(gòu)示意圖1、刀片2、墊塊3、鏈條4、機架組合5、從動鏈輪3.2.1鏈條設(shè)計根據(jù)所設(shè)計的節(jié)距Ld = 76.2mm，考慮選用三節(jié)距輸送鏈：48B（p=76.2）， 其質(zhì)量為67.80kg/m。由機械設(shè)計手冊（單行本）機械傳動第12篇101頁查出，48B鏈的參數(shù)，如表3-1所示。表3-1 48B 鏈參數(shù)（mm節(jié)距p滾子直徑d1內(nèi)節(jié)內(nèi)寬b1銷軸直徑d2套筒直徑d3外或中鏈板高度h348B76.248.2645.7229.24P 29.2963.88過渡鏈節(jié)尺寸內(nèi)鏈節(jié)外鏈節(jié)銷軸全寬測量力（三11c外寬b2內(nèi)寬b3b6（三排）排）33.4533.450.270.5670.69281.613340N

48、抗拉載 荷 三排鏈條通道 高度m內(nèi)鏈板高度h2排距pt1500KN64.5263.8891.21由于48B鏈條參數(shù)不符合本設(shè)計的參數(shù)，作進一步改進優(yōu)化。外鏈板及三鏈總寬度為400mm外鏈板厚度為15mm因此，排距和鳥驍埋粥盤乂嚳和：暫晚 畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙Pt = 123.33mm。如圖 4-3 所示。(a).1 1E T1 J 11啟51 L1 | 13L.1 |1 |1 II 1 11 1hi1 1| |1 1| | 1n I |11L_i-r 1（b）圖3-3鏈節(jié)結(jié)構(gòu)圖（a）鏈節(jié)主視圖 （b）鏈節(jié)俯視圖由機械設(shè)計手冊（單行本）一一聯(lián)接與緊固第4篇183頁可得, 銷的參數(shù)d30mm商品規(guī)格l55-2001m長的重量/kg5.85由76頁可得螺栓選用六角頭螺栓全螺級 C級（GB/T5781-2000） ,d為M5-M641=10-500 這里選定M16由116頁可得，六角螺母的參數(shù)，表3-2六角螺母參數(shù)國標(biāo)GB/T41-200dM5-M64公稱24dx max22第21頁每1000個的重量（kg）29mmax15.9322主動鏈輪及從動鏈輪的設(shè)計