植树挖坑机(精选4篇)
植树挖坑机 篇1
山东曲阜汇科机械厂生产的多用植树挖坑机由小型通用汽油机、离合器、高减速比传动箱及特殊设计的钻具组成, 适合于200以下的坡地、沙地、硬质土地的植树造林、果树种植、道路两侧绿化植树等。挖掘生产率不低于80个/h, 是人工的30多倍, 让人们从繁重的体力劳动解放出来。该机动力强劲有力, 外形美观, 操作舒适, 劳动强度低。
A型, 1.69 kW, 适于挖300 mm以内的坑, 质量15 kg;
B型, 2.33 kW, 适于挖400 mm以内的坑, 质量18 kg;
C型, 4.04 kW, 适于挖600 mm以内的坑, 质量25 kg;
D型, 4.78 kW, 适于挖700 mm以内的坑, 质量28 kg;
E型, 6.47 kW, 适于挖800 mm以内的坑, 质量32 kg;
F型, 9.56 kW, 适于挖1 000 mm以内的坑, 质量36 kg。
植树挖坑机 篇2
挖坑机是营林机械的一种, 主要用来植树前的穴状整地作业, 也可用于挖追肥穴或埋桩柱的坑等作业[1]。挖坑机的种类很多, 按与配套动力的挂接方式可分为悬挂式挖坑机、手提式挖坑机、牵引式挖坑机和自走式挖坑机[2]。悬挂式挖坑机由传动轴、减速器、钻头、拉杆和机架等组成, 通过液压悬挂装置挂在拖拉机后面, 由拖拉机动力输出轴经传动系统驱动钻头进行挖坑作业, 也有用液压马达直接驱动钻头进行作业。钻头一般采用双螺旋型, 钻头的升降由配套机械手通过液压系统操纵, 挖坑直径和深度都比较大。该类挖坑机通常具有较大的功率, 机动性较强, 能挖较大和较深的坑, 大多应用于大面积植树造林, 应用范围比较广。
根据鄂尔多斯地区的复杂地形特点, 结合每年植树造林任务繁重的需求, 研究将工程机械配套使用植树挖坑机, 以实现用当地的军用和民用工程机械有效帮助当地完成繁重的植树造林任务, 提高植树造林的工作效率。
1植树挖坑机的选用
鄂尔多斯地形复杂、部分地区土质较坚硬或为砂石土, 挖坑机挖坑阻力大, 再加上每年植树造林任务繁重。因此, 选用的植树挖坑机应满足以下条件:
1) 便于与现有军用工程机械连接。现有军用工程机械基本未考虑预留植树挖坑机的安装支架和相关装置, 选用植树挖坑机时应尽可能选用连接方便, 并在配套使用时不影响工程机械的其他技术性能的发挥, 对军用工程机械而言要不影响其他技术性能, 如推土、行驶等。
2) 便于动力输入。由于军用工程机械的设计功能主要考虑作战工程保障, 需提供外接动力输出的情况较少, 只有少数军用工程机械具有外接液压动力输出接口, 而具有机械动力输出接口的基本没有。若对工程机械进行动力输出改造, 机械动力输出改造复杂程度要高于液压动力输出改造。在选用植树挖坑机时宜考虑液压动力的植树挖坑机。
3) 便于操作控制。植树挖坑机作业过程中需要频繁升降以调节深度和转移作业位置, 因此选用的植树挖坑机应能根据所配套的军用工程机械提供合适的操作控制方式, 以确保控制可靠和减轻作业人员的劳动强度。
4) 功率大作业率高。考虑到鄂尔多斯的土质和植树任务量, 宜选用功率较大、自适应性好的单坑或双坑植树挖坑机。
5) 机动性能好。要确保挖坑速度和地形适应能力, 选用的植树挖坑机应便于运输、牵引或携带。
综合以上因素, 宜选用液压悬挂式植树挖坑机, 具体功率根据配套军用工程机械、挖坑大小等相关要求进行确定。
2配套工程机械的选用
进行大面积植树挖坑需使用功率大、通过性能好的军用工程机械配套。选用的军用工程机械应满足以下条件:
1) 通过性与作业稳定性好。鄂尔多斯大部分地区为沙区、丘陵沟壑区, 立地条件较差。在复杂地形条件下, 履带式机械比轮式机械有更好的通过性和安全性, 而其行走速度较慢的特点在满足挖坑速度的前提下便于作业人员确定挖坑位置。同时, 履带式工程机械在行驶和停驶时较轮式工程机械有更好的稳定性, 所以宜选用履带式工程机械为配套机械。而在沿河平原地区也可考虑选用宽基低压大轮胎的工程机械为配套机械。
2) 具有多种作业功能。植树过程中可能需要临时为运输车、人员修筑简易道路、覆土或短距离运土, 且为提高地表蓄水率, 鄂尔多斯丘陵山区地带在植树前需平整场地, 因此选用推土机作为配套机械较为合适。
3) 便于进行动力输出改造。选用的军用工程机械应便于改造为植树挖坑机提供液压动力源, 并便于进行作业控制。
4) 便于安装植树挖坑机。选用的军用工程机械应有相关设备或部件便于经过改造以安装植树挖坑机, 且安装植树挖坑机后不影响其他功能发挥。
5) 提供的液压动力能满足植树挖坑机作业需要。前述植树挖坑机功率较大的要求, 选用的军用工程机械应在保证原有作业功能需要的前提下为植树挖坑机提供相应功率的液压动力源。
6) 投入小。选用的军用工程机械应为部队装备数量大、性能稳定、操作简便、功率适中的装备, 以减少装备购置、维修、人员培训、油料消耗等方面的费用。
综合上述分析, 配套机械可选用TY160型推土机[3]。
3 TY160型推土机改造方案
3. 1 TY160型推土机特点
TY160型推土机为军选民用的适合短距离推土和运土的液压操纵履带推土机。目前主要有上海彭浦机械厂和天津建筑机械厂生产的2种, 该装备在部队装备数量大、技术成熟、性能可靠, 其工作装置除了推土铲刀外, 还可以配松土器。以天津建筑机械厂生产的TY160型履带式推土机为例, 其发动机为康明斯NT855 - C280发动机, 额定功率为118 k W, 最大牵引力为139. 6 k N, 最高前进速度10. 6 km/h, 最高后退速度13. 6 km/h, 最大爬坡能力为30°。
3. 2挖坑机安装方案
TY160型推土机后部安装的松土器, 由液压油缸操纵上升、下降和保持。悬挂式挖坑机可考虑安装在松土器位置, 并由松土器油缸控制挖坑机钻头的升降, 当进行挖坑作业时, 将松土器操纵手柄置于“保持”位置, 则钻头可在自身重力作用下下降, 完成挖坑作业。松土器安装位置和操纵杆如图1所示。
3. 3液压动力输出方案确定
TY160型推土机的液压系统包括2个部分: 一部分为液力传动液压系统, 另一部分为工作装置液压系统[3]。
TY160型推土机的传动系统为液力机械式, 其变速器与液力变矩器的液压系统共用油泵和液压油箱。工作油泵在发动机转速为1 850 r/min时产生的压力油流量为81 L / min, 调定压力为2 MPa。由于流量和压力较小, 由此部分输出液压动力则可选择的液压挖坑机范围受限, 且功率较小。
工作装置液压系统可为推土铲刀和松土器提供液压动力, 其工作油泵在发动机转速为1 850 r/min时产生的压力油流量为250 L/min, 系统安全压力为14 MPa。可以为挖坑机提供较大功率液压动力源, 满足多种液压挖坑机的需要。
挖坑机作业时, 钻头旋转的同时应可以升降。根据图2所示液压控制系统工作原理图, 在松土器升降时不能同时进行推土作业。因此, 挖坑机液压动力接口初步考虑布置在松土器操纵阀前的主油路上, 通过液压接头和油管与挖坑机相连[4]。
3. 4挖坑机作业控制方案
TY160型推土机配套挖坑机时, 其作业控制主要包括3个方面:
1) 挖坑机钻头工作控制
在推土机液压动力输出管路上安装电磁阀, 由布置在驾驶室内的开关控制其通断, 达到启动和停止液压挖坑机驱动马达的目的。
2) 挖坑机升降控制
挖坑机在完成某一树坑挖掘作业时, 需提升高度, 由推土机行驶变换位置。挖坑机安装在松土器位置, 其钻头升降可由松土器油缸推动, 由松土器操纵手柄控制。
3) 安全控制
出于保护挖坑机钻头的目的, 在挖坑机钻头为提升出地面时, 应禁止推土机行驶。为此, 应在液力传动液压系统管路上布置电磁阀, 以确保在挖坑机钻头为提升出地面时, 变速器处于脱档状态, 而该电磁阀应与松土器操纵手柄相关[5]。TY160型推土机液力传动液压系统原理图如图3所示。
4结论
通过对鄂尔多斯地区的地形特点和植树造林任务的需求, 分析研究了植树挖坑机的选用条件和军用工程机械的选用要求, 提出了将TY160型推土机进行改造, 配套使用悬挂式液压挖坑机的技术思路, 并提出了可行的改造方案。该研究可有效实现将军用工程机械应用于鄂尔多斯地区的植树造林任务中, 提高植树造林的效率, 有缓解当地政府部门植树造林任务中的问题, 实现军民共建的美好局面, 为林业装备的改造提供一种新的思路和方法。
摘要:通过对鄂尔多斯地形特点和任务需求的分析, 研究了植树挖坑机和军用工程机械的选用条件, 确定了以TY160型推土机为配套使用植树挖坑机的改造对象。根据植树挖坑机的工作要求, 研究提出了挖坑机安装、液压动力输出和挖坑机作业控制的技术方案。该研究可为植树造林任务重的地区提供一种配套使用植树挖坑机的新方法和思路, 有效提高植树造林的工作效率。
关键词:军用工程机械,挖坑机,TY160型推土机,液压回路
参考文献
[1]张金铃, 孙嘉燕, 等.轻型挖坑机结构设计[J].农机化研究, 2009 (7) :162-163.
[2]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.
[3]魏加环, 刘勇.TY160型履带推土机[J].工程机械, 2001 (11) :1-2.
[4]李松晶, 丛大成, 姜洪洲.液压系统原理图分析技巧[M].北京:化学工业出版社, 2009.
分层式挖坑机的设计 篇3
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。
植树挖坑机 篇4
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.
[3]C W Bert,H zeng.Analysis of axial vibration of compoundbars by differential transformation method[J].Sound andVibration,2004,275:641-647.
[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.
[6]郭贵生,高梦祥,郭康权,等.基于MATLAB挖坑机螺旋钻头参数的研究[J].西北农林科技大学学报,2003,31(3):179-182.
[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.
【植树挖坑机】推荐阅读:
轻型挖坑机结构设计10-20
小学植树节植树作文08-25
四年级植树节作文:植树07-06
【植树节作文】关于植树的作文07-01
作文植树节500字 快乐植树07-10
年植树节义务植树工作方案05-22
环保植树-植树节快乐祝福语08-08
小学有关植树节的日记:植物园植树10-01
3月12日植树节植树造林祝福语08-19
植树的标语08-28