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1、盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 精品资料 目目 录录 1 引言 .1 1.1 本课题的设计意义 .1 1.2 国内（外）发展概况及现状 .1 1.3 课题由来及设计条件 .2 1.4 课题设计思路 .3 2 总体方案设计3 2.1 整机构介绍3 2.2 作业原理 .3 2.3 挖穴机与拖拉机的联接 .4 2.4 挖穴机的动力部分 .4 2.4.1 功率及挖坑幅度计算5 2.5 挖坑机主要技术规格和基本技术参数 .6 3 部件设计7 3.1 螺旋叶的设计 .7 3.1.1 钻头的设计 .7 3.1.2 双螺旋叶片的设计 .7 4 设计计算 .8 4.1 动力分配计算8 4.2 万向联轴
2、器的选用计算 .8 4.2.1 万向节总成 .8 4.3 齿轮轴 .8 4.4 轴承的选用与计算 10 5 主要零件强度计算.12 5.1 齿轮的校核计算.12 5.2 主轴的校核计算 15 6 挖坑机使用和使用中的注意事项.21 6.1 挖坑机使用.21 6.2 使用中的注意事项.21 7 结论.22 参考文献 23 致 谢 24 附件清单 25 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 1 1 引言 1.1 本课题的设计意义 近年来，盐城拖拉机制造有限公司发展快速，年产 3 万台系列轮式拖拉机和 8 万台手扶拖拉机，销往国内 30 个省、市和国外 60 多个国家和地区。如今，配套农 用机具
3、跟不上主机迅速发展的要求。其中包括 1WK-50 型轮式拖拉机，没有合适农 机配套。因此，研制配套挖坑机与拖拉机同步销售，会使得拖拉机，挖坑机两旺。 我设计的是一台植树挖穴机，与黄海金马-50 型拖拉机相匹配，用于植树造林 及其他的小型挖坑作业。现有的挖穴机多为手提式挖穴机，起工作效率不高，使用 条件不便，稳定性能不太理想，因此，本课题设计的植树挖穴机要求工作稳定，工 作效率高。随着地球环境的日益恶化，需要大量植树造林，改善环境，因此，研制 经济高效的植树挖穴机将深受广大人名群众的欢迎。 1.2 国内（外）发展概况及现状 中国挖穴机产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、 产
4、业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要 素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源 破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 我国植树造林机具现状我国植树造林机械赴较晚，主要在南方为种植橡胶实现 产业化，有为东方红-75、热特-25 型拖拉机配套的挖穴机，而北方地区为栽植果树 和防护林，也研制了为中型轮式拖拉机如上海-50、神牛-25 型拖拉机配套的开沟机、 挖穴机，这种机具既可以挖植树穴坑，也可以挖梯形沟槽用于果树施沟肥。对大面 积的机械植树造林，多采用铧式系歹开沟机，如 1K-40、1K-50 和 1K-6
5、0 型开沟机。 我国植树造林机械虽有多个品种，但由于栽种树苗多在山地、坡地，土质条件复杂， 影响了机械的使用效果，基本上用人工挖坑栽苗，生产的挖穴机批量较小。近几年 来，由于经济林的兴起以及国家为防治水土流失，退耕还林、种草种树已引起各有 关部门的普遍重视，并加大了植树造林机械的投入，取得了良好的效果。 挖穴机为了适应不同土壤、不同作业条件的要求，国外生产的不同动力配套的 造林用挖穴机，有手提式、背负式、手扶拖拉机式和拖拉机式 4 种。 A.手提式挖穴机，分为单人式与双人式。日本多用单人手提式，欧洲各国则多 采用双人手提式。手提式挖穴机发动机的功率一般为 1.3-3.7kw，多采用油锯和割 灌
6、机的单缸风冷汽油发动机为动力。单人和双人手提式挖穴机发动机的转数经离心 式离合器和减速箱，将转数降低到 100-200r/min，再传到挖穴钻头。由于减速比 很大，多采用蜗轮蜗杆或摆线针轮行星传动机构，以便减少机器的质量。由于双人 手提式挖穴机质量可以大一些，有的采用多段直齿轮减速机构。有的挖穴机为了使 挖穴机钻头能自动地由地中拔出，在传动机构中装有逆转机构。国外所用的挖穴钻 1WX-90 型植树挖穴机设计 2 头多为螺旋片型，挖穴时自穴中向上排土的性能好，螺旋片型有单螺旋和双螺旋两 种。山地造林时，挖穴的直径和深度为 25-30 厘米，因此多采用 1.5-2 个节距的 螺旋片。为了提高螺旋片
7、型挖穴机的切根性能，有的将螺旋边缘做成缺口状。国外 所用挖穴机钻头的转数都不太高，以免将穴中的土壤甩得过远，一般周边速度为 3 米/秒左右，钻头转数为 200-300r/min。装有逆转机构的挖穴机在拔出钻头时，土 壤会向相反方向旋转，不会从穴中抛出。手扶拖拉机式挖穴机的功率为 3.7- 7.3kw，轮式拖拉机挖穴机的功率为 36.8-73.6kw。 B.悬挂式挖穴机主要用于栽植大树苗时的挖穴作业，挖穴直径为 50-80 厘米， 挖穴深度为 60 厘米，挖穴机悬挂在 25.7-58.8kw 拖拉机上。挖穴机由纵吊杆、带 安全装置的万向传动轴、减速器和不同直径的挖穴钻头组成。减速器由一对直齿锥
8、齿轮组成，更换不同直径的挖穴钻头时，要更换不同的锥齿轮，可换挖穴钻头有 3 种，直径分别为 80、60、30 厘米。钻头由空心钻杆、叶片和切土刀片组成，钻杆 下端有定心尖。工作时，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成 挖穴作业，利用液压装置控制钻头升降。 C.液压式挖穴机在发达国家已普遍推广。由于液压技术的普及推广，发达国家 在挖穴机上已采用液压传动装置，主要用在液压输出能力较强的拖拉机或挖掘机的 机型上，用液压泵驱动齿轮机构传动系统。DANUSER 液压挖穴机装有高效、转向密 封性能好的液压马达，可调节机械链条与齿轮，使扭距增大 4 倍。采用液压驱动比 用万向节套管传动更灵活方
9、便，当遇到障碍物时能起到安全缓冲作用。 1.3 课题由来及设计条件 A.设计内容 设计一台植树挖穴机，与黄海金马-50 型拖拉机相匹配，用于植树造林。主要 的设计内容有： a)总体设计:设计总体方案。绘制挖穴机总图； b)零部件设计:根据挖坑机总图，设计齿轮箱等传动机构；绘制传动轴、齿轮、 齿轮箱体、钻头等零件图；有关计算、校核等。 B.设计依据 a) 相配套的江苏-50 型四轮拖拉机主要技术数据 力输出轴转速:720r/min; 540 r/min 动力输出轴离地高度:645mm b) LY/T1491-1999,悬挂式挖穴机 技术条件S. c) 挖穴机技术参数 挖穴直径:70cm 挖穴深度
10、：70cm 钻头转速：150250r/min 钻头形式：采用双螺旋叶片结构； 工作效率：6090 坑塘/小时 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 3 按 5 年寿命，每年工作 800 小时计。 C.设计要求 a) 挖穴机与拖拉机采用三点悬挂联接， 作业时万向传动轴偏置角度不得大于 15，田间移位或运输前必须先切断动力，将螺旋钻头提升至最大高度，此时钻头 顶尖离地高度应大于 300mm。 b) 螺旋叶片的转速过高，会将泥土抛得很远，造成填坑缺土。转速过低，则造 成工作效率不高。因此在设计时，要充分调研和实践，确定合适的转速， c) 为保证工作性能，设计时应充分考虑其稳定性，避免受力不均匀而
11、造成抖动； d) 结构简单可靠，尽量使用标准件、通用件，以降低制造成本。 1.4 课题设计思路 在开始该机设计前，参考对比了一系列已有的植树挖穴机，例如悬挂式挖穴机， 手提式挖穴机，液压式挖穴机等，总结发现他们都要用到由一对齿轮传动组成的减 速箱，而本课题采用的是悬挂式挖穴机的方式，一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式 挖坑机，由悬挂架、带安全装置的万向传动轴、减速箱、双螺旋叶片型钻头等构成； 悬挂架两端分别与拖拉机和减速箱铰合连接，双螺旋型钻头固定在减速箱的输出轴 上；工作时，拖拉机的提升臂拖带悬挂架进行升降，由拖拉机动力输出轴经万向传 动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业；具有结构简单、作业质量好、
12、效率高、移动 及通过性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、施肥集水、埋设桩柱等作业。 2 总体方案设计 2.1 整机构介绍 一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式挖坑机，由悬挂架、带安全装置的万向传动 轴、减速箱、双螺旋型钻头等构成，减速箱由一对锥齿轮传动组成。 2.2 作业原理 一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式挖坑机，由悬挂架、带安全装置的万向传动 轴、减速箱、双螺旋型钻头等构成；悬挂架两端分别与拖拉机和减速箱铰合连接， 双螺旋型钻头固定在减速箱的输出轴上；工作时，拖拉机的提升臂拖带悬挂架进行 升降，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业；具有结 构简单、作业质量好、效率高、移动及通
13、过性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、 施肥集水、埋设桩柱等作业。 挖坑作业时，拖拉机液压悬挂装置处于浮动状态，使钻头对准挖坑标记中心靠 自重下落，拖拉机的动力输出轴通过传动轴和减速器带动钻头旋转入土，钻头切去 中心部分土壤，进而钻头叶片下端的刀片切削土壤，切下的土壤在离心力作用下被 1WX-90 型植树挖穴机设计 4 抛向穴壁，并在摩擦力作用下沿着叶片螺旋向上升到地面被抛到穴的周围，挖到预 定深度时，通过液压悬挂装置提升钻头到运输状态，再转移到下一个挖坑地点。 2.3 挖穴机与拖拉机的联接 挖穴机与拖拉机采用三点悬挂装置联接，具有结构简单、作业质量好、效率高、 移动及通过性能灵活的特点，广泛
14、应用于植树造林、施肥集水、埋设桩柱等作业。 三点悬挂机构示意图（图 2-1）： 图 2-1 三点悬挂机构示意图 2.4 挖穴机的动力部分 图 2-2 传动路线图 动力由拖拉机输出，通过带安全装置的万向传动轴，将动力传到挖穴机的输入 轴，再通过一对直齿锥齿轮传动来带动双螺旋叶片型钻头转动，实现挖穴作业。 (如图 2-4 所示) 2.4.12.4.1 功率及挖坑幅度计算功率及挖坑幅度计算 A.功率计算 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 5 查表得： ；96 . 0 圆锥齿 98. 0 滚子轴承 96 . 0 万向节 a.拖拉机动力输出轴的额定输出功率 作为设计功率)(408 . 0508
15、. 0马力 发额 NN b.计算第一轴及小锥齿轮的功率、转速和扭矩 1 Z 齿轮轴： )(632.37马力 万向节轴承额 NNI min/720rnI )(433.37 720 632.37 2 . 716 2 . 716 米千克 I I I n N M )(87936.3698. 0632.37 1 马力 轴承 IZ NN )(6847.36 720 81936.36 2 . 716 2 . 716 1 1 1 米千克 Z Z Z n N M min/720 1 rnZ c.立轴与大锥齿轮功率、转速和扭矩: 2 Z 马力） 圆锥 (4042.3596. 087936.36 12 ZZ NN
16、min/234 40 13 12 rnn ZZ )(36106.108 2 . 716 2 2 2 米千克 Z Z Z n N M 立轴功率、转速和扭矩为： )(69611634 2 马力 轴承 ZII NN min/234 2 rnn ZII )(1938.106 2 . 716 米千克 II II II n N M 各轴与齿轮考虑传动效率后相应功率，转速和扭矩汇总如表 2-3 所示： 表 2-3 各轴功率、转速和扭矩表 1WX-90 型植树挖穴机设计 6 I 轴II 轴 轴次动力输出轴 轴 1 Z轴 2 Z 功率（马力） 4037.63236.87935.40434.696 转速（r/min） 720720720234234 扭矩（千克 米） 39.78937.43336.685108.361106.193 B.挖坑幅度 根据设计要求，挖坑直径为 70cm，深为 70cm，因此，双螺旋叶片
