《小型自动耕地机设计本科学位论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小型自动耕地机设计本科学位论文（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、小型自动耕地机设计目录1绪论11.1 国内外耕地机的发展及研究现状11.1.1我国耕地机发展11.1.2 国外耕地机发展51.1.3在海底耕地机的用途71.2 链式耕地机的研究现状71.3 本论文研究意义92链传动概述及链刀式耕地机设计的初步理论102.1 链传动概述102.1.1 链传动基本原理112.1.2链传动的特点122.1.3链传动的应用142.2 链传动的失效分析152.3 耕地机设计的初步理论162.3.1土壤的主要物理力学性质162.3.2土壤工作部件力学182.3.3小结切割过程的分土壤切削阻力分析193链刀式耕地机工作部件的设计203.1 耕地机的工作原理203.2 链式耕
2、地机的特点223.3 工作部件基本参数的选择223.4 工作部件切削土壤的力273.5 发动机功率的确定和底盘的选择283.6 链刀式耕地机的整体参数计算与确定313.7耕地器的结构323.7.1耕地器的结构分析323.7.2 耕地器的工作原理334结论与展望344.1结论344.2观察研究后根据链式耕地机的传动环境与切削的分析提出见解344.2.1 根据土壤介质链传动的特点提出见解344.2.2 土壤质地、湿度、硬度对土壤介质链传动的影响354.2.3 研究后对耕地链传动的切削分析354.2.4根据分析改进耕地链传动的方式为逆时针切削方式364.3写论文的感受36参考文献38致谢391 绪论
3、1.1 国内外耕地机的发展及研究现状耕地机的历史悠久，早期的犁铧工具1就是耕地机的雏形，只不过没有动力驱动。到了上世纪 50 年代开始，伴随着机械化的普及，而且在一些相关的部件和结构原理没有成型和系统的研究战后的发达国家开始使用机械耕地机进行大范围的农耕化作业，大大提高了劳动生产率。现在随着技术的不断进步和日益增多的工作要求，耕地设备的研究走进了一个新的时代，较为成型的耕地设备不断涌现。但国内的耕地机的研究和使用起步比较晚。到了60 年代，旋转式耕地机2已发展成为一种先进的连续挖土机械。适宜开挖梯形截面的农用沟渠。由于它牵引阻力小，能均匀散耕地内土壤，工作效率高，因而获得迅速的发展和广泛的使用
4、。耕地机在欧洲、美洲各发达国家和亚洲的日本等国广泛的应用在土方施工领域，仅美国年需求量就达数千台。耕地机发达的国家主要有德国、意大利、美国、俄罗斯和日本等国。前苏联、意大利、法国和西德等国都有不同型号的系列产品，有的远销国外。从 70 年代末期开始，以链式耕地机的研究逐渐兴起，到了 80 年代中期，美国等国已经有了较为成型的链式耕地设备。随着改革开放的不断深入，生产建设全面启动，城市土方施工工程规模越来越大，各方面都面临着巨大的挖沟工作量。经过 40 多年的发展，在耕地机应用方面，以其生产效率高，成本低，设备简单，组装方便，多为悬挂于农用拖拉机后端的可拆卸设备而被广泛应用。其工作效率突出，且扩
5、大了使用范围，随着电信事业广播光缆的铺设需要，链式耕地机的使用更为广泛，目前已经在多个领域使用，比如，在狭窄的果园，以及在海底耕地机也有了重要的应用。1.1.1我国耕地机发展我国耕地机械起步较晚，经历了从犁铧式耕地机、圆盘式耕地机、螺旋式耕地机和链式耕地机的四个发展历程。在我国除极少数单位引进国外的连续式耕地机外,国产耕地机仍处于设计研发的初步阶段。首先，在上世纪50年代主要是犁铧式耕地机。这种耕地机结构简单，工作可靠，零部件少，单位功率低，生产率高，作业成本低，耕地深度为30cm到80cm。主要缺点是机体笨重，牵引阻力大，犁铧入土后，土垡随翻土板曲面上升，翼板将土推向两侧，侧压板将沟壁压紧，
6、形成梯形断面的沟3。然后，到了上世纪70年代又出现了圆盘式耕地机，它以两个高速旋转的铣削圆盘，圆盘周围是铣刀，一般以75 马力到100马力拖拉机牵引工作，前进速度 50m/h到150m/h，应用较广，牵引阻力小，适应性强，作业质量好，但行走慢，传动复杂，结构庞大，制造工艺要求高，单位功率消耗大，生产率比犁铧式耕地犁低，它的耕地断面是上口宽沟底窄的倒梯形，配套动力要求选择功率大而行驶速度低拖拉机。由黑龙江建设兵团三师十八团研制的单圆盘耕地机简图3。接着，上个世纪九十年代主要以螺旋耕地机为主，江苏省农机局技术中心研制的1KLZ-27 型螺旋耕地机采用立式螺旋耕地刀具，耕地部件为直接安装在一根直立轴
7、管上的两组螺旋刀片，集立铣、周向提升、螺旋叶片惯性抛散等原理于一体，使耕地过程中的切削、提升、抛散一次完成，其结构简图如图 1.1所示。该机工作时土块呈条状沿螺旋线导向两面抛落，以圆锥对数螺线为基础的立锥式刀具，增强了对不同区域、不同土质的适应性，刀片采用组合式结构，刀柄、刀刃选用不同的材料，提高了使用寿命4。1三角带（三条）2附加大皮带盘 3三角带（一条）4机架 5尾轮 6挡土栅 7括泥板 8耕地具图 1.1 1KLZ-27 型螺旋耕地机简图发展到1999年，在天津工程机械研究所开发研制出了GC65G型链式耕地机。该机的主要参数如下：拖拉机型号为TN-654L，发动机功率为 48KW，主机额
8、定牵引力为 18KN，最小转弯半径为 4500mm，耕地最深为 1800mm，最宽为 400mm，宽可通过更换挖掘链节来调节，挖掘链速为 1.8m/s，回填铲宽度为 1800mm，总体尺寸为长 7500mm，宽 2230mm，高 2860mm。它是由链条带动多片铲高速小厚度切削，主机低速前进，实现连续挖掘作业。该机进行挖土工作时，将土带到沟面上，并挤向两侧，螺旋叶片形状的排土轮由链轮驱动，向两侧分土，清沟器端部设有浮动刮产，可将散土收回刀铲处，刮平沟底5。于此同时在国内进行链式耕地机研究的还有西北农业大学机电学院的杨有刚、刘迎春，他们在2002年研制的在滚子链链板上加链刀附件的耕地机6。 20
9、02 年中国农业机械化研究院耕作种植机械研究所的一种 1K（Kz）-30型链式耕地机如图 1.3 所示。它主要由齿轮箱、传动链、耕地切削刀和分土器等组成。可见这种链式耕地机也是在滚子链基础上形成，这种形式的耕地机对土壤的性能要求较高，遇到带有沙石的土壤很难作业，耕地比较宽，消耗功率大，深度也不够，链条易磨损疲劳失效，使用寿命也达不到预期的效果7。1.1.2 国外耕地机发展国外最早生产耕地机的国家主要是美国和前苏联。其发展过程大致也是从犁铧式开始的，目前主要是链式耕地机。在国外,耕地机的使用已经非常普遍,许多地下公用设施施工都用专业耕地机以下简单介绍几个国外的链式耕地机来说明在国外耕地机的特点及
10、大至发展方向。国外耕地机的种类很多，适应各种不同施工的需要。最小的耕地机功率仅有几千瓦，最大的功率达到1100kW，质量136t。国外专用耕地机需求量逐年增大，仅美国就有 Ditch Witch、Vermeer、Case、Roccaw、Trencor Jetco、Eagle、Tesmec、Cleveland 和 Carptal 等十多家公司生产耕地机，共有一百多种1。仅以几家有代表性的公司产品为例说明其发展和研究状况。美国 CASE 公司挖沟机。美国的 CASE 公司成立于 1842 年，由发明家Jerome Increase Case 建立。CASE 公司经过 100 多年完善，现已发展成为
11、全世界处于领军地位的中、小型建筑工程机械设备制造商。图1.4 耕地机美国传特公司的65型链式耕地机，如图1.4所示。耕地传动系统采用多级变速器，CAT发动机，型号65型耕地链条驱动，重型机械驱动，高扭矩，低速度以达到最大切割齿、挖掘深度、增强生产力和延长切割齿寿命，具有牢固的组合式耕地臂，独特的可更换的耐磨钢板系统和链轮，方便单双链条的应用，重型独立驱动履带，三段式履带伴侧固定，可升降驾驶室，密封性好，舒适的空调设备。控制器、计量表、和感应器及驾驶室的升降应用最新技术，视野好，驾驶舒适安全8。法国“马莱”公司是一家专门生产、租赁埋地电缆和管线铺设设备的公司。无论是城市道路、公路、铁路、山路、河
12、岸等伴埋电缆或管道，都可以使用马莱的耕地、铺设联合作业机进行快速施工。其铺设速度0.52km/h，可以实现正挖，侧挖，低噪音，无扬尘环保作业。它的耕地机宽度窄，最大限度减小对交通的阻碍破坏。它的真空吸尘式耕地机，可以边耕地边吸渣土和尘土，是城市环保型的先进作业机器。图1.5为“马莱”公司生产的SM550C型链式耕地机9。可见，国内耕地机的研究，现在多数还局限在犁铧、螺旋式耕地机方面，但是，这种设备不能切挖陡直窄深沟。中国农业机械化研究院耕作种植机械研究所了一种 1K（Kz）-30 型链式耕地机，不过未见其链式耕地机传动机理及仿生的研究。并且，这种耕地机链条和链轮齿的啮合与非土壤介质中的啮合传动
13、方式没什么区别，仍然是传统的链条与链轮齿的啮合传动方式。未能掌握了土壤介质中链传动机理，未能表明考虑减少啮合阻力的结构框架，不能减少土壤介质的移动阻力，不能达到节能和环保的目的。国外耕地机的研究，从掌握的资料上可以看出，链式耕地机也只是传统的链条与链轮齿的啮合方式。并且国外耕地机械的生产已向更加多样化发展，但国外机械更趋向于专机专用，耕地机械只用于耕地，当机械不耕地时，机械只能闲置，而根据我国的具体国情，该机械不仅可用于耕地，并且能恢复拖拉机功能，保证通用性较好。1.1.3在海底耕地机的用途目前，我国正处于海上油气的起步阶段，用于海底管线铺设的水下开淘施工机械亟待开发。纵观国外已有众多族类的水
14、下管线耕地施工机械设备，哪些机型技术水平先进成熟，经济性能合理，更适合我国近海油气开发的具体国情，今后我国海底开淘机械领域的研究开发方向如何确定等，都是值得深入研究和探讨的。海底管道耕地机械是伴随着海洋油气勘探和开发，从陆地向海洋挺进而出现的水下施工作业机械。由于世界各地具体海域的条件各异，在众多族类的水下管线耕地埯工机械设备中，目前还没有一种能够在任何水深、管径、海底土质下都能经济地进行施工作业的万能型海底开淘机械。四十年代中期，墨西哥湾等地早期油气开发海域的水深一般较浅，故当时的耕地机械设备主要是为满足于3050m以浅的施工作业需要雨研制的。六十年代以后，欧洲北海油气资源的大规模开采得以实
15、施，特别是七十年代中期一批较大水深的海底管道极需铺设，如Fories油田(126m)、Frigg油田(153m)、Brent油田(159m)和Flags油田(158m)等，促使出现了用于100m、150m，乃至300m水深的水下耕地施工机械。到七十年代末期，为跨越北海的挪威海沟铺设海底油气管道，最大作业水深达500m的水下开掏机也随之诞生。目前，在海底耕地机族类中，土壤液化埋管设备的最大作业水深一般在50m以浅。水力冲射耕地机械则视所取排泥方式的不同可分别达到50m、75m、tobm、150m、180m 和300m 等不同的量级雨使用较多的则是水深100m左右。海底管道耕地犁的设计作业水深一般在150250m左右，尽管90年代初开发的海底管道犁已可达到1000m水深(如NOs公司的APP犁)的作业能力但实际应用还是在200m 左右。海底电缆耕地犁的作业水深则通常在1000m左右。水下机械耕地机是现有机型中设计作业水深最大的机种，一般为350500m。如：KvaernerMyren型(500m，1978年)、“热心海狸”型(350m，1979年)、MUT型(365m1980年)和DD型(350m，1986年)。以Heerema集团的“热心海狸”型为倒，1981至1986年间，共在16项工程中开挖各类口径管沟288.2
