轻型挖坑机结构设计

轻型挖坑机结构设计（共3篇）

轻型挖坑机结构设计 篇1

0引言

枣树移栽过程中, 要事先用挖坑机挖好50 ~ 60cm见方的树坑, 挖坑时要将表土与心土分开放置, 然后把表层土填入坑底, 即要求移栽回填时表土在下、心土在上。这样在表土层营养成分的作用下, 可加快根系的生长, 保证和提高成活率。目前, 挖坑机工作时, 在螺旋翼片的作用下土壤散落至坑的周围, 移栽回填时心土将位于坑底, 而表土位于上层, 不利于枣树的生根及成长。所以, 为保证和提高成活率, 现在的树坑主要由人工挖成, 劳动强度大、工作效率低, 因此设计一种能实现上述特殊农艺要求的挖坑机是亟待解决的问题。针对这一问题, 设计了一种分层式挖坑机。该挖坑机工作时通过将表土暂时收集, 达到分离的目的, 心土在高速旋转的螺旋翼片的作用下散落在坑的较远范围; 挖土工艺结束后, 移栽时先将收集的表土回填, 再回填心土, 实现枣树移栽的特殊农艺要求。

试验结果表明, 该温室起垄机能稳定可靠地实现土壤分离, 回填后满足表土在下、心土在上的特殊农艺要求, 对于改进目前的枣树挖坑工艺具有重要意义。

1总体结构、原理及技术指标

1. 1分层式挖坑机的总体结构

分层式挖坑机分为外排分层式挖坑机和内排分层式挖坑机两种, 主要由转向杆、上拉杆、提升盘、变速箱、下拉杆、传动轴、螺旋翼片、外拉杆、内拉杆、外筒高度调节器、内筒、外筒及提升板等构成, 三维模型如图1所示。

1. 2工作原理

挖坑机通过悬挂系统悬挂于拖拉机后部, 上拉杆、下拉杆及转向杆可以调整挖坑机的相对位置。工作状态下, 拖拉机动力输出轴的动力经传动轴传递至变速箱, 经变速后将动力传递至钻头与螺旋翼片; 表层土壤在高速旋转的螺旋翼片的离心作用下抛出, 在外筒高度调节器的作用下散落至外筒与内筒间的空内, 表土开始收集; 随着挖坑的深度增加, 表土收集结束, 表土填满内筒与外筒间的空间, 心土不能进入该空间, 沿该空间内土壤的表层抛出, 散落至离坑的较远周围; 挖土工艺结束后, 在拖拉机后部的提升装置作用下, 通过上拉杆、下拉杆、转向杆及提升盘将挖坑机提起, 因为内拉杆与外拉杆长度不一致, 分别与内拉杆、外拉杆紧固的内筒、外筒被提起的时间不一致, 因此内筒与外筒间存在间隙, 收集的表土通过该间隙散落, 与心土所在的离坑的较远周围有明显的位置差, 完成表土与心土分离工艺; 因内拉杆的长度有限, 随着提升高度的增加, 与内拉杆通过提升板紧固的内筒也被提起, 拖拉机带动挖坑机转而进行下一个挖坑作业。

1. 3主要技术指标

根据枣树挖坑的农艺参数和分层式枣树挖坑机的功能特征要求, 确定分层式枣树挖坑机的主要技术指标如下:

外形尺寸/mm×mm×mm:938×938×1565

配套马力/k W: 47. 775

传动形式: 机械式

刀片入土角角/ ( °) : 30

螺旋头数: 2

挖坑直径/mm:600

挖坑深度/mm:770

钻尖形式:三角形

2关键部件的设计

枣树挖土结束回填表土时, 分为移栽时回填表土和移栽前回填表土两种农艺要求, 针对这两种农艺要求, 分别设计了外排分层式挖坑机和内排分层式挖坑机。

2. 1外排分层式挖坑机关键部件的设计

外排分层式挖坑机的关键部件主要由提升盘、内拉杆、外拉杆、提升板、外筒、内筒及外筒高度调节器等构成, 三维剖面模型如图2所示。

工作状态下, 挖土工艺结束后, 在拖拉机后部的提升装置作用下, 通过上拉杆、下拉杆、转向杆及提升盘将挖坑机提起; 因为内拉杆长于外拉杆, 与外拉杆通过提升板紧固的外筒首先被提起, 内筒底部有一定倾斜角度的斜坡, 土壤沿该斜坡散落至离坑的较近周围, 与心土所在的离坑的较远周围有明显的位置差, 完成表土与心土分离, 挖坑工艺完成。坑的截面示意图, 如图3所示。因内拉杆的长度有限, 随着提升高度的增加, 与内拉杆通过提升板紧固的内筒也被提起, 拖拉机带动挖坑机转而进行下一个挖坑作业。

移栽时, 将散落至坑较近周围的表土回填, 再将散落至离坑较远周围的心土回填, 满足枣树移栽时的表土在下、心土在上的特殊农艺要求。

2. 2内排分层式挖坑机关键部件的设计

内排分层式挖坑机的关键部件主要由提升盘、内拉杆、外拉杆、提升板、外筒、内筒、外筒高度调节器等构成, 三维剖面模型如图4所示。

工作状态下, 挖土工艺结束后, 在拖拉机后部的提升装置作用下, 通过上拉杆、下拉杆、转向杆及提升盘将挖坑机提起; 因为外拉杆长于内拉杆, 与内拉杆通过提升板紧固的内筒首先被提起, 外筒底部有一定倾斜角度的斜坡, 土壤沿该斜坡散落坑内, 完成表土与心土分离, 完成挖坑工艺。坑的截面示意图如图5所示。因内拉杆的长度有限, 随着提升高度的增加, 与内拉杆通过提升板紧固的内筒也被提起, 拖拉机带动挖坑机转而进行下一个挖坑作业。

挖土工艺结束时表土已经回填, 因此移栽时, 只需将散落至离坑较远周围的心土回填, 满足枣树移栽时的表土在下、心土在上的特殊农艺要求。

3试验

3. 1试验条件

分层式挖坑机的田间作业试验在宁夏同心县旱作节水高效农业科技园试验基地进行, 实验条件如表1所示。

3. 2田间试验结果分析

对内排分层式挖坑机进行田间试验, 试验时间为2013年7月17日, 田间作业如图6所示。

试验结果表明, 配套动力合理, 整机通过性、纵向平面稳定性较好, 作业质量较稳定, 坑深具有很好的垂直性, 能够稳定可靠的实现表土分离收集功能; 表土自动回填, 移栽回填后的土壤实现了心土在上、表土在下的特殊农艺要求。

4结论

分层式挖坑机结构简单, 能够满足特殊农艺要求, 可实现枣树挖坑的机械化、提升作业质量及减轻劳动强度, 具有重要的推广价值和广阔的应用前景。

摘要：枣树移栽具有特殊农艺要求, 即挖坑时表土与心土应分开存放, 移栽回填时先埋表土, 后埋心土。但目前的挖坑机在工作时, 在螺旋翼片的作用下土壤散落至坑的周围, 心土完全覆盖了表土, 回填后不能满足枣树移栽的特殊农艺要求, 需要人工完成挖坑、表土心土分离及回填工艺, 工作效率低、劳动强度大。针对这一问题, 设计了分层式挖坑机。该分层式挖坑机分为内排式和外排式两种, 挖坑时表土暂时分离收集, 心土在高速旋转的螺旋翼片作用下散落至离坑较远的周围;挖土工艺结束后, 移栽时先将收集的表土回填, 再回填心土, 实现枣树移栽的特殊农艺要求。试验结果表明, 分层式挖坑机能够稳定、可靠地实现表土分离收集功能, 移栽回填后的土壤实现了心土在上、表土在下的特殊农艺要求, 对于实现枣树挖坑的机械化具有重要意义。

关键词：枣树移栽,特殊农艺,分层式挖坑机

轻型挖坑机结构设计 篇2

挖坑机是一种应用广泛的园林机械。由于工作条件复杂,载荷随机变化大,所以要求挖坑机必须具备性能可靠、振动小、质量轻和适应性强等特点。目前,国内使用较为广泛的有手提式挖坑机和拖拉机悬挂式挖坑机,且传动方式大多为机械传动,较比国外技术也有一定的差距。手提式挖坑机(见图1所示)机器与汽油发动机装配成整体,工作时由单人或双人手提,操作简便,质量较轻。此类挖坑机虽然适用于拖拉机不能通过的、地形较复杂的山地丘陵和沟壑地区,但是挖坑直径和深度都比较小,挖坑效率比较低,工作时的振动和噪音较大,操作者劳动强度大。

针对上述两类挖坑机的特点和不足,本文设计了一种新型自行式挖坑机,力求达到小型、高效和低能耗的目的。该机是一种能与挖坑机钻头配套的多功能作业机,它也可以与其他整地机械与工程机械的作业机头方便快速地连接和组装,实现一机多用。该机综合运用了现代液压技术、电子控制技术和柔性接头技术,结构紧凑,转动灵活,振动冲击小,能耗较低,人机协调性好,并能实现过载保护。

1 设计原理

新型自行式挖坑机(见图3所示)通过柴油机或汽油机驱动双齿轮泵工作,从而得到工作所需的高压油。其工作原理为:工作臂(1)铰接在车体上,工作臂的俯仰由升降液压缸(8)驱动,从而实现挖坑机钻头(7)的纵向进给;附件快速安装系统(2)铰接在工作臂上,在挖坑机钻头纵向进给时,可通过调节液压缸(3),使附件快速安装系统相对工作臂转动,确保钻头在纵向进给时始终垂直地面;升降液压缸和调节液压缸之间实行联动控制,调节液压缸还可以缓和钻头工作时车体带来的冲击和振动;钻头的旋转由液压马达驱动;工作时,操作人员可站在后面的挡板上操作控制按钮。该机可实现四轮驱动和零转弯,加大挖坑机的工作范围。液压分配阀使齿轮泵产生的压力油分配到主油路系统和附件辅助油路系统。主油路系统控制车轮的行走、转弯以及工作臂的俯仰;附件辅助油路系统是控制附件工作的系统,在此表现为控制挖坑机钻头的旋转和挖坑时的定位,附件辅助油路系统的液压油量是可调的,以适应安装不同的工作附件时所需的压力。

1.工作臂 2.附件快速安装系统 3.调节液压缸 4.控制按钮 5.液压马达 6.连接装置 7.挖坑机钻头 8.升降液压缸 9.车体 10.四轮转向系统

2 主要技术参数

外形尺寸(不带任何附件时的长×宽×高)为1 550mm×1 050mm×900mm;轮距为780mm ;发动机为汽油机时,其功率18kW,为柴油机时,功率16kW。

液压系统的最大压力可达28MPa,安装不同的工作附件时,其附件辅助油路系统流量在16～40 L/min之间可调;双联齿轮泵的前后泵排量分别为9mL/r和4mL/r;液压油箱为65L;挖坑机钻头额定转速为280r/min。

3 钻头的模态分析

3.1 钻头的三维建模

根据钻头的工作状况,参考钻头设计的相关文献设计钻头的三维实体模型,,如图4所示。其主要结构参数为:

螺旋叶片外径/mm:380

主轴的外径/mm:80

内径/mm:35

螺旋节距/mm:200

螺旋升角/(°):15.17

钻头总长度/mm:1 080

3.2 钻头的模态分析

模态分析是研究结构动力特性的一种现代方法,它将系统辨别方法应用到工程振动领域。模态分析的基本原理是:将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标,使方程组解耦,成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程,以便求出系统的模态参数。坐标的变换矩阵为模态矩阵,其每一列为模态振型。由振动理论可知,系统任一点的响应均可表示为各阶模态响应的线性组合。因而,通过求出的各阶模态参数就可以得到任意激励下任意位置处的系统响应[2]。模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力学特性的优化设计提供依据。工程中较复杂的振动问题多为多自由度系统,对于多自由度系统利用矩阵分析方法,N个自由度的线性定常系统的运动微分方程为

式中 M,C,K—系统的质量、阻尼和刚度矩阵(均为N×N阶矩阵);

X,F—系统各点位置上的位移响应和激励力向量。

方程是用各坐标点的位移、速度和加速度(undefined,)描述的运动方程组。其中,每一个方程中均包含了系统各个物理坐标点的影响,所以是耦合的运动方程[3]。对于耦合的运动方程,当系统的自由度数比较大时,要对其求解是非常困难的。模态分析便是对这样耦合的运动方程进行解耦,使其变成独立的运动微分方程组。ANSYS软件进行模态分析过程就是解方程组的过程。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型,通过模态分析可以得出固有频率。结构的振动可以表达为各阶振型的线性叠加。其中,低阶振型比高阶振型对结构的振动影响大, 低阶振型对结构的动态特性起决定作用, 故进行结构的振动特性分析时通常取前 5～10 阶即可[4]。因此,本文在 ANSYS中采用模态提取法计算了钻头的前5阶固有频率和振型。同时由于转动件转子在运转中都会发生振动,转子的振幅与转速的大小有关,到某一转速时振幅达到最大值(也就是平常所说的共振),超过这一转速后振幅随转速增大逐渐减少,且稳定于某一范围内,转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。 这个转速n与转子的固有频率f的关系为n=60f[5],当转速继续增大,接近2倍固有频率时,振幅又会增大;当转速等于2倍固有频率时,称为二级临界转速 ,依次类推有三级、四级……,随着级数的增加其共振效果将会减弱。因此,其钻头工作的转速应该避开前几阶的固有频率以及其频率相应的低级倍率区域,避免其共振。

3.2.1 钻头主轴网格的划分

钻头主轴选材料是40Cr的无缝钢管,其弹性模量为2.11×105MPa,泊松比为0.277;螺旋叶片选用65Mn钢,其弹性模量为2.11×105MPa,泊松比为0.288。设定好基本参数后,根据需求将挖坑机主轴划分为11 636个节点,5 605个单元(见图5所示)。

3.2.2 钻头的模态分析

根据挖坑机钻头的实际工作状况,对挖坑机钻头进行1至5阶约束模态分析,如图6～图10所示。

下面分析主轴的临界转速。转速和频率的关系为 n=60f,转换为临界转速,见表1所示。

由挖坑机主轴振型图可知:第1阶和第2阶固有频率非常接近,可视为微分方程的重根,因此二者的振动形式相同,主要为主轴的弯曲振动;第3至5阶模态则以叶片的轴向振动和扭转振动为主。总的来说,挖坑机主轴的各阶振型振动形式以叶片的轴向振动和扭转振动为主,以主轴的弯曲振动为辅。螺旋叶片的振动更难以控制和消除,应该加大对其振动理论的研究。由于结构的差异,主轴的刚度大于叶片刚度,所以叶片的变形量较大,主轴变形量相对较小,符合钻头工作时叶片变形的实际情况。因此,在设计挖坑机钻头时,应该重点考虑螺旋叶片的设计。由于设计挖坑机钻头的工作转速为280r/min,远远小于基频率所对应2 349 r/min的临界转速,所以不会引起共振。

4 钻头结构改进的几点建议

挖坑机工作时,钻头的主要作用是切入土壤,并且使土壤随钻头叶片旋转而抛出。钻头的切入角和螺旋升角对钻头的工作状况有很大影响,因此很多学者从各个方面对其进行了研究[6,7,8],提出了一些较好的分析方法,分析出了切入角和螺旋升角的合适范围以及优化了钻头的整个结构,这里将不再重复,其相关内容可参照参考文献。综合分析挖坑机的实际工作状况,提出以下几点建议:

1)为了缓和挖坑机刚入土时的冲击力以及加强其入土能力,建议在挖坑机钻头螺旋头部焊接几个切入齿,切入齿的性能(如刚度和硬度等)都比较好。挖坑机在工作时,钻头钻尖能起到定位作用,而切入齿主要完成先前的切土,然后再由螺旋刀片完成后续的切土。这样不仅可以缓和振动和冲击,而且能增强钻头的入土能力。

2)挖坑机在工作时,主要由螺旋刀片的边缘部分切土和扩孔,因此边缘的螺旋刀片将有较大的变形;叶片的应力集中主要处于叶片内侧与钻轴焊接部分,最大应力发生在叶片下端与钻杆焊接处,该处承受升土力矩和刀片切土所产生的阻力,受力明显大于其余部位,易产生疲劳断裂。因此,建议在制造挖坑机钻头的螺旋刀片时,应对这些部分进行材料的深加工(如淬火、渗氮或喷丸处理),提高其硬度和抗变形能力。由于钻头主轴受力时,其中间位置的弯矩最大,因此可以采取适当的方法提高钻头中间部分的抗弯抗扭能力,提高挖坑机的使用寿命。

3)可以将仿生学应用于挖坑机钻头,仿生学已经很广泛地应用于各种机械的设计。某些动物(如臭蜣螂、达乌尔黄鼠或穿山甲等)由于其独特的体形特征均有较强的钻洞能力,如穿山甲鳞片的凸起可使其减小脱土阻力,并且已经成功应用于仿生犁(如图11所示)。因此,建议可将这种设计应用于挖坑机的螺旋刀片,减小其入土阻力。

5 结论

1)通过对国内现有挖坑机类型的研究,分析了挖坑机工作特点以及现有挖坑机的不足,并且设计了一种适合于园林作业的小型挖坑机的总体结构,分析了它的工作原理。

2)用Pro/E4.0建立了挖坑机钻头的三维模型,简述了模态分析的基本理论,并对挖坑机的钻头进行了模态分析,得到了钻头的临界转速,从而确保了钻头的工作转速避开其临界转速,避免发生共振。

3)通过全面分析钻头的工作情况以及结合现有钻头的优化分析方法,提出了钻头改进的几点建议,对以后钻头的优化和改进有一定的意义。

参考文献

[1]于建国,屈锦卫.国内外挖坑机的研究现状及发展趋势[J].农机化研究,2006(12):38-41.

[2]于德介,程军圣,杨宇.机械振动学[M].长沙:湖南大学出版社,2010.

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[4]邵忍平.机械系统动力学[M].北京:机械工业出版社,2005.

[5]赵忠松.挖坑机钻头有限元分析和悬挂机构运动仿真.[D].杨凌:西北农林科技大学,2010.

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[7]马岩.植树挖坑机坑形控制与挖坑阻力计算方法研究[J].动力学与控制学报,2007,5(3):267-270.

轻型挖坑机结构设计 篇3

3WY-40多功能液压微型挖坑机是田间作业微小型机具配套液压集成系统研究设计的机具, 根据国家中西部地区退耕还林、农业产业结构调整的宏观政策, 以及林业、农业、环境保护、农机具市场急需, 研制开发的新产品。该机具主要设计要求, 用于小型地块、丘陵山区、地头、渠道、路边绿化、园林苗圃的植树造林挖坑。同时, 兼顾林、果、草业 (割草、修剪灌木、割灌、果树施肥等) 多功能作业。适于一般中壤土、生荒土层打孔挖坑。可配液压行走驱动装置、预留多功能驱动液压接口, 为今后开发新型田间自动化作业机械提供了基础部件和实践经验。

2 研究主要内容

液压微型挖坑机的设计, 面对多功能展开分析研究, 重点解决以下内容:一是解决现有微型手持式担架挖坑机存在的劳动强度大, 安全性低, 作业单一, 成本较高的问题。二是参考普通挖坑机的通用型沟坑, 对微型挖坑机配套准<500 mm;钻孔深度<600 mm的单螺旋钻头, 提高适应性, 降低扭矩, 简化结构进行了试验研究。三是对生硬土层、山区卵石土层、冻土层、果树施肥沟坑等特种钻头进行了初步研究开发, 以期进一步扩大本机配套适用范围。四是田间作业微小型机具配套液压集成系统的研究设计试制, 可配液压行走驱动装置、预留多功能液压驱动接口。为今后开发新型田间温室小型自动化作业机械提供基础部件和设计基础通用部件。五是多功能作业配套的修剪、切割、振动采摘器的设计研制, 在基本机型鉴定生产后, 配套本机使用。

通过上述设计、研制, 并进行技术经济研究分析, 查询了大量的国内外资料, 在分析对比的基础上又进行了实地农艺技术调研考察, 以及基础部件的可行性研究试验, 提出了本机整体设计方案。共进行了二代样机的研制、性能试验和生产实验, 对设计样机进行了性能、生产考核, 并进行了设计改进, 使本机逐步完善, 形成具有多功能作业特点, 适于丘陵、山坡、梯田、园林、绿地、三边绿化使用的多功能绿化装备。

3 总体设计

3.1 总体设计方案

整机技术方案确定为:机架及移动装置采用微型手扶车结构 (可自行或人工移动) , 传动及主要工作部件采用液压驱动, 配风冷柴油机;要求技术指标先进、耗油低、启动容易;整机质量小 (120 kg) 、自动化程度高、作业安全方便。两人操作, 1 h可挖ф400 mm植树坑60~120个, 效率高, 经济性突出。

在结构设计上, 力求机构简单, 性能可靠, 标准化程度较高, 以利于推广及后续维护保养。结构方案及主要配套部件的选用, 包括如下部分。

机架:手扶带行走轮结构。

动力:考虑工作条件 (风冷, 质量轻, 功率大, 操作维护简单, 启动容易) , 选用引进日本技术处于国内先进水平的凯马微型风冷直喷柴油机 (特性曲线见图1) 。

主传动:采用工程机械通用的液压传动;主要液压部件选用具有国际先进水平的美国独资企业生产的大扭矩马达, 性能指标超过国内同类机型20% (性能指标, 及轴向配套负荷特性, 见图2, 表1) 。

其余:均采用目前国内技术指标先进的农机、工程机械通用标准液压部件。简化传动机构, 提高可靠性。

升降机构配置:钻臂为专用双作用液压油缸驱动, 不平行四杆升降机构。

3.2 钻头主参数的研究设计

参考现有普通挖坑机机型的通用型钻头, 对微型挖坑机配套准<500 mm;钻孔深度<600 mm的单螺旋钻头, 就提高其适应性、降低扭矩、简化结构、减少质量进行了实验研究。对生硬土层、山区卵石土层、冻土层、果树施肥沟坑等特种钻头进行了初步研究开发。

3.2.1 钻头转速

根据前苏联学者螺旋钻头升土运动临界转速公式:

式中:nk———升土运动临界转速, r/min;

g———重力加速度, g=9.81 m/s2;

α———螺旋面外缘处的螺旋角, tgα=0.2;

φ———土壤与螺旋面之间的摩擦角, φ1选25°;

ξ———螺旋面外缘处土壤质点牵连速度与水平的夹角, tgξ=s/πD=0.127;

r———钻头半经, r=200 mm;

f———土壤的内摩擦系数, f2=tg25°=0.4663。

根据国内学者有关实验研究, 钻头临界转速取: (1.1~1.2) nk的经验公式计算, 并参考国内外同类机型有关参数, 经试验, nk值取大值较好。

确定本机钻头转速取:200~300 r/min。 (计算值230.55 r/min)

3.2.2 螺旋螺距的计算

式中:L———螺距, mm;

n———螺旋头数;

hn———抛土高度, mm;

H———挖坑深度, mm;

hj———出土率计算深度 (hj=η·H) , 本机η取0.8, H=500 mm;

n———小型钻头简化结构, n=1。

参考现有同类机型钻头, 根据实验数据, 钻头璇抛高度应>1/2 hj按1式校核, 本钻头螺距应<200 mm, 经试验本机钻头扭矩较小, 抛土顺利, 无塞土现象。

3.2.3 钻头配套动力估算及动力校核

扭矩校核:

式中:Mn———钻头总扭矩, Nm;

Ad———抛土动能, (1/2·m·v2) ;

Bq———切土能量, (l·a·b·k) ;

Cm———磨擦能量, (f·G·l) ;

m———钻头切土质量, kg/r。

式中:ω———钻头角速度 (rad/s) , 12.5;

k3———动力储备系数, 取1.1~1.3。

求得Mn≈54.9 (Nm) , Mnmax≈142.8 (Nm) , N≈3.52 (k W) 。

3.2.4 刀片安装角λ值的设计

λ值应小于45°, 本机经试验取26°。

3.3 液压系统设计计算说明

3.3.1 液压马达的选用

本机驱动液压马达与钻头直连, 要求配套马达符合以下条件:1Mn>Mn max (钻头最大扭矩) ;2马达工作转速>钻头临界转速;3马达侧向负荷承载能力符合钻头工作要求。

根据钻头计算值, 和图1, 图2, 表1马达性能完全符合要求。

马达输入功率符合下式:

式中:P———工作压力;

Q———理论流量;

η——总效率 (0.9) 。

计算得N2入———3.8 k W;N2出———2.84 k W。

3.3.2 齿轮泵的选择

根据马达输入流量, 压力根据下式:

选泵CB-fc31.5

经验算输入输出流量, 工作压力符合要求。

3.3.3 液压调速方案

通过控制油压控制液压马达转速, 采用旁路节流阀调速回路。节流阀流量公式:

选LF-L10H

3.3.4 方向阀

选用34SO-L10HT

3.3.5 其他液压元件

参照有关元件生产厂家产品手册, 设计手册, 并与山西榆次液压件厂合作进行了液压系统集成设计。简化机构、降低成本。

3.4 动力机的选用

根据配套动力测算, 需用KM178F柴油机。该机特点引进日本技术, 直喷、风冷、启动容易、质量轻、耗油低。

工作点的选择:2500-3000接近最大扭矩80%。油耗较低, 适应本机高负荷时间短, 空载∶负荷时间比2∶1的作业特点。

3.5 其他机构的设计选择

机架操作机构:由动力机、油箱、液压件、仪表等部件的安装尺寸、操作机构、机架推拉机构根据人机工程学功能参数及相关标准确定。符合GB5083-85;及相关标准要求。机架材料及尺寸根据强度校核采用。

承重转向轮:符合人力车及田间机动车相关标准GB1702-92;GB2983-82。

机架、钻臂:根据机架尺寸及钻头运动轨迹修正确定不平行四杆钻臂结构尺寸。

配套动力传动型式:三角带传动 (采用《机械设计手册 (软件版) 》R2.0数字化手册;CAD辅助设计。经试验符合性能要求。

一般通用部件设计均采用机械工业部推荐《机械设计手册 (软件版) 》R2.0数字化手册;CAD辅助设计, 主要部件强度计算校核。

结构方案设计应用了solid workers2000三维cad设计技术, 结构分析技术。

4 主要技术参数及性能指标

4.1 多功能液压微型挖坑机主要技术参数

整机质量:<150 kg, 可自行或人工移动;挖坑直径:200~400 mm;深度:400~500 mm;作业效率:>60个/h;外形尺寸:1 600 mm×600 mm× (800~900) mm;配套动力:3.68~5.115 k W风冷柴油机 (直喷178FS) ;机组形式:手扶移动式;多功能用途:配套附件:可用于修剪草坪、树木、割草、收割灌木 (如柠条) 、干鲜果品的收获等 (待开发项目) 。

4.2 技术经济参数

生产率:60~120个/h;生产操作:2人;燃油油耗:1.1~2 kg/h柴油。

4.3 主要技术性能指标

整体质量:<180 kg, 可自行或人工移动;挖坑直径:200~400 mm;深度:400~500 mm;作业效率:>60个/h;外形尺:1 600 mm×600 mm× (800~900) mm;机组形式:手扶移动式;多功能用途:可用于修剪草坪、树木、割草、收割灌木 (如柠条) 、干鲜果品的收获等。

4.4 农艺技术要求

苗坑尺寸:直径300~400 mm, 坑深400~500 mm;适于土壤:中土壤, 生荒土, 黏土, <直径50 mm碎石混土地面 (配特殊钻头) ;含水率: (绝对) 15%~25%;地面压实度:0.5~1.5 kg/cm2。

5 结论

多功能液压微型挖坑机试验样机在山西省文水县、晋中市、太原市小店区北畔村林场进行了性能及生产考核。单机试验1 000个坑, 单机累计作业量超过3 000个坑。所以, 该机具的稳定性和操作性满足要求。在正常作业相同的条件下进行, 采用BLHA-2扭矩传感器 (容量226 NM) 。配套压力传感器8.9KN测力环。经过对多功能液压微型挖坑机的研究与试制, 该机主要解决了小型地块、缓坡、丘陵、地头、渠道、路边绿化、园林苗圃的植树造林挖坑。同时, 更换工作部件还可以兼顾林、果、草业 (割草、修剪灌木、割灌、果树施肥等项目) 等多功能作业。适于一般中壤土、生荒土层的植树打孔挖坑。该机具通过山西省级科技成果鉴定, 达到国内同类产品的领先水平, 具有较好的推广应用前景。

参考文献

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