基于新型刀式礦土復合型開溝鏈的鏈式開溝機設計_劉曉論

1、基于新型刀式礦土復合型開溝鏈的鏈式開溝機設計劉曉論1,姜 斌2,張 軍3,盧 峰2,李金艷2(1.吉林大學鏈傳動研究所,長春 130025;2.吉林大學機械學院,長春 130025;3.吉林化學工業(yè)公司,吉林 132021摘要:介紹了一種新開發(fā)的開挖窄深溝的開溝鏈,并以這種鏈為基礎設計了一種新式開溝機,通過對阻力和功率消耗的理論分析,對開溝機設計中各項參數(shù)的計算方法進行了研究,并對各項參數(shù)進行了確定。關鍵詞:開溝鏈;設計;計算方法中圖分類號:T H 122 文獻標識碼:B 文章編號:1006-0006(200606-0052-02Desi g n o f Chain D itcher w it

2、 h Ne w M i n eral D itchi n g ChainLIU X iao -lun 1,JI ANG B in 2,Z HANG Jun 3,LU F eng 2,LI J in-yan2(1.Cha i n D r i ve A cademe ,Ji L i n U n i versity ,ChangChun 130025,China ;2.Instit ute o fM echan ical Science and Eng i neer i ng ,Ji L i n U n i versity ,ChangChun 130025,Ch i na ;3.Ji L i n

3、Che m ica l Industr i a l Co m pny ,Ji L i n 132021,ChinaAbstr ac:t T his a rti c l e i ntroduces a new d itch i ng cha i n w hich is used to d i g na rrow and deep channel and a newd itcher based on t h is cha i n is des i gned .A ccord i ng to the t heorica l ana l y si s on its resi stance and po

4、w er com su m i ng ,th i s a rtic l e a lso stud i es the ca lcu l a te m easures fo r each para m eter of the d itcher and then gets the results .Keywor ds :D itch i ng cha i n ;D esign para m eter ;Ca l culati on關于挖溝技術,近年來挖溝方法越來越多。隨之,挖溝設備的種類也逐漸增加,例如:犁鏵式挖溝機、圓盤式挖溝機、螺旋式挖溝機和鏈式挖溝機。前三種挖溝機挖掘深度有限,一般不超過1m

5、。鏈式挖溝機在網(wǎng)上可見到,用的是普通鏈條,將鏈板改為刀狀。普通鏈條原設計是在無固體介質工況下運轉的產(chǎn)品,難以適用這種挖溝機的工況,因此,未見實用的信息報導,尤其是挖掘深窄溝渠的資料。筆者為這種新式開溝機專門設計了一種新型刀式礦土復合型挖溝鏈條,基于這種鏈條的開溝機由于鏈條結構不同于現(xiàn)有鏈式開溝機,因而其工作原理、設計參數(shù)確定方法和功率的消耗情況也有所不同。1 刀體的形式與排列相鄰相同刀式礦土復合型挖溝鏈條如圖1所示;相間相同刀式礦土復合型挖溝鏈條如圖2所示,并已申報了發(fā)明專利。圖1和圖2裝的刀體鏈節(jié)是相同的,只不過圖1裝的是單刀體的鏈節(jié),且鏈節(jié)結構相鄰相同;圖2裝的是雙刀體的鏈節(jié),且鏈節(jié)結構相

6、間相同。鏈條外側與鏈輪嚙合。圖1和圖2中每個鏈節(jié)體上分不同角度安裝切削介質的帶有合金塊的刀體,從鏈條的軸向方向看,構成扇形,刀體固定方式(頂絲、別銷。鏈節(jié)上帶有排介質的通槽并帶有導向凸塊。在鉸鏈處裝有高硬度耐磨套,當和銷軸磨損后可更換。在兩個鏈節(jié)接觸處加密封圈,防止介質進入鉸鏈。圖1和圖2的鏈節(jié)可安裝介質刮板,以加快提升和運送介質速度。2 設計的優(yōu)點無論是如圖1的鏈節(jié)相鄰相同刀式礦土復合型挖溝鏈條,還是如圖2的相間相同刀式礦土復合型挖溝鏈條,鏈條外側與鏈輪嚙合,鏈節(jié)上帶有排介質的通槽,介質不堆積,減少嚙合與傳動的阻力,可提高效率,節(jié)省能源,適用于挖掘和切割各種固體和土質(不同的土壤及其顆粒,例

7、如石礫、沙粒、粉粒和粘粒等各種顆粒、碎石、柏油圖1 相鄰相同刀式礦土復合型挖溝鏈條Fi g .1a -a M ineral D itch i n g Cha i n圖2 相間相同刀式礦土復合型挖溝鏈條Fi g .2a -b M ineral D itch i n g Cha i n路、磚混墻體、凍土(各種含水量的凍結,以及冰狀物體。3 工作原理開溝機由普通拖拉機提供動力,主要有由傳動箱、挖溝鏈條和分土器等組成。圖3為處于工作狀態(tài)的開溝機結構簡圖。挖溝鏈工作時后置前傾一個角度,開溝時,在機組前進的同時,挖溝鏈條等工作部件旋轉,斜向下伸出切土,逐漸開出一段斜溝,同時將沙土帶出溝,并由分土器將沙土推

8、開。4 部件參數(shù)的確定比較新型開溝機和現(xiàn)有開溝機不同的結構特點,根據(jù)運動學和收稿日期:2006-04-03;收修改稿日期:2006-10-16第33卷第6期 拖拉機與農用運輸車 V o.l 33N o .62006年12月 T racto r&F ar m T ransporter D ec .,2006圖3 開溝機結構簡圖Fi g.3Ske t ch o f D it cher Mech an i s m幾何學原理以及參考文獻1,可分別推出開溝機鏈刀絕對運動速度Va及其向量傾角 、刀片切削厚度 的數(shù)學表達式。V T=T3.6 103B T H TV a=V2c+V2T+2V c V

9、T cos c(1tg =V c cos cV c s i n c+V T(2=Lcs i n( - c(3式中T理論生產(chǎn)率,m3/hB T 溝寬,mmH T 溝深,mmV T 開溝機水平移動的工作速度,m/sL c 鏈的節(jié)距,mmV c 鏈相對開溝機的運動速度,m/sV a 鏈運動的絕對速度,m/sc鏈和水平方向的夾角,( 切削厚度,合理的土壤切削厚度為鏈刀寬度的1/10考慮到本鏈可視為豎直鏈刀,因此其橫向間隔bc可取為切削厚度 的22.5倍,本鏈刀橫向寬度bc為b c=BT-(Zp-1bcZ p=BT-(2-1bc2=BT-bc2(4式中 Zp橫向鏈刀數(shù)對初步選定的鏈刀高度和節(jié)距,須檢驗其

10、輸送和清除土壤的能力。正確選擇bc 和bc應能滿足對輸送和清除土壤能力的要求。5 鏈刀切削土壤的阻力本鏈刀的切削阻力計算如下F t=9.8C tu(0.1 c1.35(1+0.01b c1-90 -180e H(5式中,Ct u 為堅實度計沖擊次數(shù);eH為刀片的尖角計算系數(shù); 為刀片切削角;c為刀片厚度?？偳邢髯枇t為F t=Z c(NF t(6式中,Zc(N為同時與土壤作用的刀片數(shù)。6 總功率的確定總的切削功率為P q=F t V a 10-3沿溝升運土壤的功耗P h=Ts(0.5H T+H OK13.6 106式中,HO 為刀片之間的高度;s為土壤容重;K1為土壤顆粒在鏈刀與溝側壁間滯塞

11、的可能系數(shù)。被運送土壤與溝道土壤摩擦功耗P KP=P h 2ctg 式中2土壤對土壤的摩擦系數(shù)鏈刀絕對速度向量的傾角分土器的功耗P b=0.5C0 T s3.6 106式中 C分土器的阻力系數(shù)開溝鏈的總功耗為P P=P q+P K+P K P+P bPo式中,P, o分別為開溝鏈傳動效率、機組行走傳動效率。機器的行走阻力F Z=(G+F t sin 3+F t cos式中3機器行走的阻力系數(shù)G 機器的重量機組前進功耗P F=F Z V T3.6 106 2式中2行走機構的傳動效率輔助機構的傳動功耗P D=(0.050.07(P P-P F驅動刀鏈的發(fā)動機功率可選擇為P PF=(1.31.5P

12、P開溝機的總功率為P=PP+PF+PD7 開溝機的參數(shù)計算與確定這種新式開溝鏈的優(yōu)點是開挖窄而深的溝,最大開挖深度為1500mm;最窄為100mm,因此將設計參數(shù)定為:開溝寬度為B T= 100mm;深度H T=1300mm。在土壤類型為重壤土時,理論生產(chǎn)率為T=15m3/h,鏈和水平方向的夾角 c=45 ;鏈運動的速度V c= 1.3m/s;刀片切土厚度 =1mm。根據(jù)這些條件來計算,采用的如圖1(鏈1與圖2(鏈2所示兩種開溝鏈的開溝機的各自的參數(shù)如表1所示。表1 兩種開溝機的參數(shù)Tab.1Pa r a m et e rs o f Two kin d of D it ch e rs鏈1鏈2同時切土的刀片數(shù)3434切土總功率/k W7.7 6.2工作速度/(m h-11501508 結論從以上計算結果可以看出,采用這兩種開溝鏈的開溝機都具有優(yōu)良的性能,由于開溝寬度更窄,因此,能源消耗更低,而且效率更高,可以大大降低施工成本。