畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）小型螺旋式果園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：小型螺旋式果園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì)系部： 機(jī)械工程系專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào):學(xué)生：指導(dǎo)教師（含職稱人專業(yè)負(fù)責(zé)人：1 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)本課題希里學(xué)生針對(duì)果園開(kāi)溝的實(shí)際需求，完成小型螺旋式梨園開(kāi)溝機(jī)的總體機(jī)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)。2 設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容（1）主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：完成螺旋式果園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì)。（2）工作要求：1）根據(jù)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)書及設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行開(kāi)溝機(jī)總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，開(kāi)題報(bào)告一篇。2）完成開(kāi)溝機(jī)的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力及傳動(dòng)的選擇和計(jì)算。3）完成開(kāi)溝機(jī)附屬機(jī)構(gòu)，繪制開(kāi)溝機(jī)零件圖及裝配圖，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一篇。3. 主要參考文獻(xiàn)1 朱新民.1kl-27型螺旋開(kāi)溝機(jī)j農(nóng)牧與

2、食品機(jī)械,1991 （4）： 242 胡崇偉.1kl-25型立式旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)的改進(jìn)建議j農(nóng)業(yè)機(jī)械，2002 （5） :583 李平.立柱式柱形螺旋開(kāi)溝機(jī)工作部件機(jī)理與圖形的參數(shù)化設(shè)計(jì).（碩士學(xué)位論文）.哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，20044.進(jìn)度安排設(shè)計(jì)各階段名稱起止日期1指導(dǎo)老師下達(dá)研究課題的任務(wù)書2013. 12. 25-2014.01. 102查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，提交開(kāi)題報(bào)告2014.01. 112014. 03. 083完成文獻(xiàn)綜述，外文翻譯;確定總體設(shè)計(jì)方案2014.03. 09-2014.04. 124完成總體設(shè)計(jì)，繪制零件草圖2014.04. 132014.05.015完成零部件設(shè)計(jì)、撰寫

3、設(shè)計(jì)說(shuō)明書2014. 05. 02-2014. 06.01小型螺旋式果園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì)摘要:果樹(shù)的生產(chǎn)發(fā)展對(duì)提高農(nóng)民生活水平，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。果樹(shù) 施肥是一項(xiàng)用工量很大的作業(yè)，尤其施有機(jī)肥料，我國(guó)幾乎都用人工完成。果園開(kāi)溝 是施加肥料、改良果品品質(zhì)的重要工序。人工開(kāi)溝不僅費(fèi)吋、費(fèi)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而 u效率低下。而立式螺旋開(kāi)溝機(jī)集立銃、軸向提升、螺旋葉片慣性拋散等原理于一體, 使開(kāi)溝過(guò)程中的切削、提升、拋撒一次完成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件緊湊，動(dòng)力消耗少 等特點(diǎn)。本課題針對(duì)梨園開(kāi)溝的實(shí)際需求，開(kāi)展了小型螺旋式梨園開(kāi)溝機(jī)的總體機(jī)構(gòu) 和功能設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字：果樹(shù)，開(kāi)溝，傳動(dòng)方案，螺旋the de

4、sign of ditching machine spiral in pear gardenabstract:the development of pear production to improve the living standards of farmers and promote agricultural development in our country is becoming of great significance. fertilization for pears is a great amount of work, in particular, organic materi

5、als, almost all completed by manpower in china. trenching in pear garden is imposed fertilizer, an important improvement of fruit quality processes ditching by manpower is not only time-consuming, laborious, labor intensive but inefficient. spiral trenching set many princples in one sucha as vertica

6、l milling axial upgrade spiral leaves scattered through inertia and so on. so that .cutting promotion, throwing are completed in one process of ditching . it has many advantages such as simple structure, compact components, less power consumption, etc. .the subject for the practical needs of ditchin

7、g in pear garden carries out the design of small spiral trencher "s overal structure and functionskeywords: apple tree,ditching,;transmission program,spiral目錄1緒論11.1我國(guó)國(guó)內(nèi)開(kāi)溝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀11.2國(guó)外開(kāi)溝機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r313開(kāi)溝機(jī)械的發(fā)展前景414本設(shè)計(jì)的口的和方法42 土壤特性分析52. 1 土壤的分類52. 2 土壤的理想化假設(shè)52.3小結(jié)63開(kāi)溝機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73. 1螺旋開(kāi)溝機(jī)結(jié)構(gòu)73.2設(shè)計(jì)要求73. 3動(dòng)力及

8、傳動(dòng)的選擇與計(jì)算83. 3. 1傳動(dòng)原理83. 3.2鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算83. 3. 3小鏈輪的設(shè)計(jì)103. 3. 4聯(lián)軸器的選擇103. 3. 5減速器的選擇103.4螺旋刀具組合的設(shè)計(jì)113.4.1螺旋葉片的設(shè)計(jì)要求113.4.2切土刀片的設(shè)計(jì)143. 4. 3理想化假設(shè)153. 4. 4開(kāi)溝器切削土壤的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析163.4.5 土壤質(zhì)點(diǎn)力學(xué)模型的建立與動(dòng)力學(xué)分析173.4.6螺旋刀具的受力分析183.4.7螺旋主軸的軸徑193. 4. 8校核螺旋主軸194 附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)214.1托架的設(shè)計(jì)214. 2擋板的設(shè)計(jì)215. 螺旋開(kāi)溝器運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定235.1開(kāi)溝器功耗分析235. 2轉(zhuǎn)速分析

9、235. 3臨界轉(zhuǎn)速分析245. 4排土臨界轉(zhuǎn)速24結(jié)論與討論25參考文獻(xiàn)26致謝281緒論1.1我國(guó)國(guó)內(nèi)開(kāi)溝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)開(kāi)溝機(jī)械起步較晚，經(jīng)歷了從犁鋅式開(kāi)溝機(jī)、圓盤式開(kāi)溝機(jī)、螺旋式開(kāi)溝機(jī) 和鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)的發(fā)展歷程?，F(xiàn)在主要對(duì)犁鋅式、圓盤式、鏈?zhǔn)胶吐菪剿溺婇_(kāi)溝機(jī)的 發(fā)展做簡(jiǎn)要介紹。在上世紀(jì)50年代主要是犁鋅式開(kāi)溝機(jī)。這種開(kāi)溝機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、零部 件少、單位功率低、生產(chǎn)率高、作業(yè)成本低，開(kāi)溝深度為0. 03m到0.08m。主要缺點(diǎn) 是機(jī)體笨重，牽引阻力大，犁鋅入土后，土堂隨翻土板曲面上升，翼板將土推向兩側(cè), 側(cè)壓板將溝壁壓緊，形成梯形斷面的溝。現(xiàn)在犁錚式開(kāi)溝機(jī)在小麥田寬密植開(kāi)溝播種

10、方面仍有應(yīng)用。1拖拉機(jī)2絞盤箱3剎車4手搖柄5鋼絲繩6機(jī)架7行走輪8掛輪9槽輪10深淺調(diào)節(jié)孔11主翼板12犁體13尾輪14副翼板15軋道板16側(cè)壓板17連接孔18牽引孔19牽引銷圖1.1犁詳式開(kāi)溝機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖70年代出現(xiàn)了圓盤式開(kāi)溝機(jī)，它以兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的銃削圓盤，圓盤周圍是銃刀， 一般以75馬力到100馬力拖拉機(jī)牽引工作，前進(jìn)速度50m/h到150m/h,應(yīng)用較廣， 牽引阻力小、適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)質(zhì)量好，但行走慢、傳動(dòng)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)龐大、制造工藝要 求高、單位功率消耗大，生產(chǎn)率比犁驊式開(kāi)溝犁低，它的開(kāi)溝斷面是上口寬溝底窄的 倒梯形，配套動(dòng)力要求選擇功率大而行駛速度低拖拉機(jī)。由于其自身的特點(diǎn)，圓盤式 開(kāi)溝

11、機(jī)主要應(yīng)用于地面工程開(kāi)溝。近年來(lái)，圓盤式開(kāi)溝機(jī)仍被廣泛的研究，有學(xué)者成功設(shè)計(jì)出kx240雙圓盤旋轉(zhuǎn)式開(kāi)溝機(jī)，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)將錯(cuò)開(kāi)雙圓盤開(kāi)溝器用于玉米根 茬地的試驗(yàn)研究。i機(jī)契2萬(wàn)向傳動(dòng)軸3傳動(dòng)箱4刀盤磴形刀6推土板7尾輪睡形板圖1.2單元盤開(kāi)溝機(jī)簡(jiǎn)圖2000年天津工程機(jī)械研究院利用tn654型拖拉機(jī)改裝成挖溝機(jī)gc65,并于2002 年研制gc65g型鏈刀式開(kāi)溝機(jī)可用于水利管溝和電纜鋪設(shè)工程，該機(jī)為機(jī)械傳動(dòng)，但 其功率與挖溝效率比達(dá)到了國(guó)外的較為先進(jìn)水平，現(xiàn)有小批量生產(chǎn)。該機(jī)采用天津拖 拉機(jī)廠生產(chǎn)的鐵牛654la拖拉機(jī)為底盤，后部加設(shè)鏈鏟挖溝裝置，前部裝有回填鏟， 使其能完成挖溝回填綜合作業(yè)。挖

12、溝裝置和回填鏟與拖拉機(jī)主體都采用螺栓連接，非 挖溝作業(yè)期間可拆卸下來(lái)，恢復(fù)拖拉機(jī)功能。同年，天津工程機(jī)械研究院根據(jù)西氣東 輸?shù)男枰?，開(kāi)發(fā)出wg300型履帶式全液壓挖溝機(jī)。該機(jī)最大挖溝寬度可達(dá)0. 9m,最大 挖溝深度2.2m,挖掘鏈速度04m/s,作業(yè)速度最高可達(dá)1400m/h。2000年?yáng)|北農(nóng)業(yè)大學(xué)針對(duì)了泥炭（沼澤地的產(chǎn)物）的開(kāi)采而設(shè)計(jì)了一種1kl-100 型立式螺旋式開(kāi)溝機(jī)，其工作部件采用錐螺旋式攪龍切拋土，可開(kāi)挖出較大型梯形溝 渠。在立式開(kāi)溝機(jī)的思路上，2001年昆明市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所乂研制出1ks-22型雙軸 立式旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)。采用雙軸結(jié)構(gòu)，兩套旋轉(zhuǎn)方向相反的刀軸同時(shí)切拋上下溝土，能開(kāi) 出

13、小型矩形溝渠。圖1.31kz-30型自走式鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)1三角帶32945（三條）2附加大皮帶盤3三角帶1380 （一條）4機(jī)架5尾輪6擋土柵7括泥板8開(kāi)溝具圖1. 41kl-27型立式螺旋開(kāi)溝機(jī)簡(jiǎn)圖1.2國(guó)外開(kāi)溝機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r在國(guó)外主要以大型開(kāi)溝機(jī)為主，蘇聯(lián)、意大利、法國(guó)、日木等國(guó)都有不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用性能兩方面來(lái)看，目前基木上以蘇聯(lián)和意大利為代表的 兩大類型。蘇聯(lián)從1975年開(kāi)始推出一系列的旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)產(chǎn)品：tp-171a全液壓銃切 式開(kāi)溝機(jī)、mk-47犁刀-銃切式開(kāi)溝機(jī)。意大利主要生產(chǎn)darl系列的單圓盤開(kāi)溝機(jī) 心及dbr系列的雙圓盤開(kāi)溝機(jī)。兩人類型的開(kāi)溝機(jī)主要區(qū)別在于：前者是

14、開(kāi)挖人型 溝渠的大型機(jī)械，且能一次性成溝，所采用的是切拋分開(kāi)型的刀齒；后者是臨吋性的 小溝渠，采用的是切拋合一型的刀齒。國(guó)外開(kāi)溝機(jī)的代表機(jī)型有：切削鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)、螺旋助推式開(kāi)溝機(jī)、側(cè)置式公路開(kāi) 溝機(jī)、圓盤旋轉(zhuǎn)式開(kāi)溝機(jī)，主要特點(diǎn)是以大功率，重機(jī)型為主，功耗大，體積也大。1. 3開(kāi)溝機(jī)械的發(fā)展前景1. 開(kāi)溝器與土壤的相互作用，構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，加強(qiáng)開(kāi)溝 器的基礎(chǔ)性理論研究，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬開(kāi)溝器工作過(guò)程，將是今后發(fā)展方向之一。2. 利用x光技術(shù)，研究在開(kāi)溝器作用下，土壤運(yùn)動(dòng)規(guī)律是今后的工作。3. 根據(jù)仿生學(xué)原理，研究一種不粘土的開(kāi)溝器，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能開(kāi)溝器也是今后的 主攻方向。4.

15、 重視播種施肥聯(lián)合開(kāi)溝器的研究與設(shè)計(jì)。為了減少作業(yè)環(huán)節(jié)的重復(fù)性行程，減 少能量消耗及對(duì)土壤的壓實(shí)破壞，播種施肥聯(lián)合開(kāi)溝器是今后的研究方向之一。5. 側(cè)深施肥有利于提高化肥有效利用率，減少其對(duì)種子的腐蝕作用，實(shí)現(xiàn)作物在 不同生長(zhǎng)期獲得充足的養(yǎng)分，是一種急待解決的技術(shù)難題27。1.4本設(shè)計(jì)的目的和方法果園開(kāi)溝是施加肥料、改良果品品質(zhì)的重要工序，一般在果園果樹(shù)的兩側(cè)開(kāi)挖寬 和深在03至0.4m的矩形溝。目前，我國(guó)還沒(méi)有適應(yīng)果園特定作業(yè)環(huán)境的開(kāi)溝機(jī)， 主要仍以人工實(shí)施開(kāi)溝作業(yè)，其勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。市場(chǎng)上銷售的開(kāi)溝機(jī)人都 不適應(yīng)果園作業(yè)，主要表現(xiàn)在：（1）果園工作環(huán)境復(fù)雜。地表有雜草、樹(shù)枝、石塊，

16、地 下有石塊和根茬，易造成開(kāi)溝刀具纏草和損壞；（2）果園開(kāi)溝寬度相對(duì)建筑工程管道開(kāi) 溝較寬，因此如圓盤式開(kāi)溝機(jī)開(kāi)挖溝渠較窄，無(wú)法滿足果園開(kāi)溝作業(yè)需求；（3）果園果 樹(shù)之間的行距比較窄，大型的拖拉機(jī)等機(jī)械無(wú)法進(jìn)行作業(yè)，所以不適應(yīng)大馬力的動(dòng)力, 要實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，必須用小功率去完成。本課題針對(duì)果園開(kāi)溝的實(shí)際需求，經(jīng)查閱 大量資料和方案論證，開(kāi)展了小型螺旋式果園開(kāi)溝機(jī)的總體機(jī)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)。92. 土壤特性分析地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長(zhǎng)期風(fēng)化作用而破碎后，形成形狀不同、大小 不一的顆粒，這些顆粒受各種自然力的作用，在各種不同的自然環(huán)境下堆積下來(lái)，形 成土壤6。土壤是由固體、液體和氣體組成的三相混

17、合體。固體部分一般由礦物質(zhì)組成，有 吋含有有機(jī)質(zhì)（腐爛的動(dòng)、植物殘骸等）。這部分構(gòu)成土的骨架，稱為土骨架。土骨架 間布滿相互貫通的孔隙，當(dāng)孔隙完全被水充滿時(shí)，稱為飽和土。當(dāng)孔隙一部分被水占 據(jù)，而其余部分被氣體占據(jù)吋，稱為非飽和土。當(dāng)孔隙完全被氣體占據(jù)吋，稱為干土。 水和溶解于水的物質(zhì)構(gòu)成土中的液體部分?？諝夂推渌恍怏w構(gòu)成土中的氣體部 分，這3部分本身的性質(zhì)及它們制件的比例關(guān)系和相互作用決定土的物理力學(xué)性質(zhì) 。開(kāi)溝機(jī)與土直接作用，土壤既是開(kāi)溝器的支撐物，又是它的作業(yè)對(duì)象。一方面開(kāi) 溝機(jī)利用土壤對(duì)輪胎摩擦力行走，另一方面，土壤會(huì)作用于螺旋刀具，對(duì)開(kāi)溝機(jī)開(kāi)溝 作業(yè)形成阻力。因此，研究土壤特性是

18、研究開(kāi)溝機(jī)的基礎(chǔ)。土壤按顆粒細(xì)度劃分為礫 石質(zhì)土類、砂土類、亞砂土類、粉土類、亞粘土類、粘土類等。2. 2 土壤的理想化假設(shè)開(kāi)溝器開(kāi)溝與土壤類型密切相關(guān)。由上述分析可知，土壤類型非常復(fù)雜，不同地 點(diǎn)、不同季節(jié)土壤的性質(zhì)不同，在同一位置挖掘，土質(zhì)也可能隨深度變化而不同。在 設(shè)計(jì)開(kāi)溝機(jī)時(shí)很難將全部土壤類別全部考慮在內(nèi)，故將土壤理想化為一種開(kāi)溝施工中 常見(jiàn)的土壤類型。資料表明：地表lm以內(nèi)主要是黃粘土，因此將土壤理想化成黃粘土進(jìn)行分析計(jì) 算。黃粘土具有以下特性：具有粘性和可塑性。具有脹縮性。壓縮性和抗剪強(qiáng) 度與土的含水量有密切關(guān)系。具有結(jié)構(gòu)性。將土壤理想化為黃粘土的優(yōu)點(diǎn)在于： 因假設(shè)接近實(shí)際施工土壤

19、條件，u溝深在lm以內(nèi)，土層基本沒(méi)有變化。在此 假設(shè)下進(jìn)行分析、計(jì)算，具有可行性。 黃粘土本身是較難開(kāi)挖的土壤，將土壤假設(shè)為黃粘土，開(kāi)溝機(jī)若能在此條件下 開(kāi)挖作業(yè)，必能完成其它土層條件下的開(kāi)溝作業(yè)。 將土壤理想化成一種土層結(jié)構(gòu)，可將問(wèn)題簡(jiǎn)化，便于分析計(jì)算。2. 3小結(jié)設(shè)計(jì)了一種立柱形變螺距螺旋式果園開(kāi)溝機(jī)及土槽試驗(yàn)裝置。針對(duì)果園開(kāi)溝的生 產(chǎn)要求，提出了立柱形變螺距螺旋式果園開(kāi)溝機(jī)的工作原理和主要結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)主要 由東風(fēng)12型手扶拖拉機(jī)、螺旋軸組合、立柱式雙頭變螺距螺旋葉片、擋板組合、雙 輸出減速器和主機(jī)架等組成；分析確定了該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)，該機(jī)以小 型農(nóng)用拖拉機(jī)為動(dòng)力，純小時(shí)生產(chǎn)效

20、率不低于80m/h,淘型為深度300mm.寬度300ram 的矩形；同時(shí)，研制了一種專門用于土槽功能性試驗(yàn)的裝置。3開(kāi)溝機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3. 1螺旋開(kāi)溝機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示為螺旋開(kāi)溝機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。通過(guò)主機(jī)架將手扶拖拉機(jī)與螺旋軸組合，擋 板組合連系為一個(gè)整體，共同完成開(kāi)溝作業(yè)。主機(jī)架固定在拖拉機(jī)齒輪箱的后端面， 在其正下方為螺旋軸組合，緊貼著螺旋刀具外端面的是擋板組合，它安裝在主機(jī)架的 后下方。27油冊(cè)俞t(yī)t輪5柴?由機(jī)輻l入輪7連融累栓時(shí)累銃車由 組合9堆宓且臺(tái)8土地圖3.1 螺旋式開(kāi)溝機(jī)結(jié)構(gòu)示圖3. 2設(shè)計(jì)要求根據(jù)牛產(chǎn)實(shí)際的要求，所開(kāi)發(fā)的螺旋式開(kāi)溝機(jī)的技術(shù)參數(shù)設(shè)定為：果園深開(kāi)溝配 套機(jī)具純小時(shí)牛產(chǎn)效

21、率不低于80m/h；開(kāi)挖深度0.3m、寬度0.3m；開(kāi)溝機(jī)所選型的 配套主機(jī)為小功率的柴油機(jī)和汽油機(jī)；溝槽必須一次性開(kāi)挖成型，溝形完整且基本達(dá) 到人工開(kāi)挖的效果。通過(guò)查資料得： 開(kāi)溝機(jī)主車體為手扶拖拉機(jī)。 開(kāi)溝器直接安裝在手扶拖拉機(jī)變速箱尾部，用螺栓連接。 螺旋開(kāi)溝器由自身減速器驅(qū)動(dòng)，減速器動(dòng)力由手扶拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸經(jīng)鏈 條傳動(dòng)提供。具體參數(shù)如下：配套動(dòng)力：8kw動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速986r7min溝型斷面：溝寬，0.3m;溝深0.304m國(guó)內(nèi)曾有學(xué)者研制立式螺旋開(kāi)溝機(jī)，它的開(kāi)溝部件的形式為錐形，開(kāi)溝斷面為倒梯形，如圖3.2(a)所示。本課題要求的開(kāi)溝斷面為矩形，因而只需把開(kāi)溝部件的形式 改變?yōu)閳A柱

22、形即可。當(dāng)開(kāi)溝部件為錐形時(shí)，土壤在螺旋面上升運(yùn)，由于倒錐形從下至 上是逐漸加寬的，因而不會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。而如果柱形從下至上是等寬的，如圖3-2(b), 每層的螺旋刀片均切土，則當(dāng)土壤向上升運(yùn)時(shí)，到上面的某一層，可能就會(huì)發(fā)生堵塞, 因此將其設(shè)計(jì)成變螺距螺旋如圖3-l(c)o 30螺旋開(kāi)溝機(jī)工作部分形狀簡(jiǎn)圖b)等螺距柱形c)變螺距柱形3. 3動(dòng)力及傳動(dòng)的選擇與計(jì)算3. 3. 1傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)的螺旋開(kāi)溝機(jī)配套動(dòng)力選擇手扶拖拉機(jī),動(dòng)力由拖拉機(jī)的動(dòng)力輸岀軸經(jīng)鏈傳 動(dòng)傳輸?shù)铰?lián)軸器將動(dòng)力傳輸給開(kāi)溝機(jī)的螺旋刀具，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。3. 3.2鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1)選擇鏈輪齒數(shù)出于傳動(dòng)目的和經(jīng)濟(jì)型性考慮，先使鏈傳

23、動(dòng)實(shí)現(xiàn)增速，達(dá)到一 定轉(zhuǎn)速，假定鏈速為3-8m/s從而可以選擇標(biāo)準(zhǔn)減速器，進(jìn)行安裝，減少設(shè)計(jì)成本28。 故綜合考慮選擇鏈輪齒數(shù)2乙m =60x100025x15.875x986 廠 “/二=6.52m/s60x1000z= 25,i = 0.5； z2=i-zj=50 動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速/?2 =986r/min小鏈輪轉(zhuǎn)速 q =i*2 =493 廠/min2) 確定鏈節(jié)數(shù)初選中心距a°=40p,則鏈節(jié)數(shù)為（z 廠 p 2厶丿z1+z? 上22-872代入數(shù)據(jù)得l“=117.89向上去整取l” =1183）確定鏈節(jié)距鏈條節(jié)距p根據(jù)po與71）確定v。kppo 由表77查得k八=1.2,按

24、小鏈輪轉(zhuǎn)速估計(jì)，鏈工作在功率曲線的左側(cè)，由表78 查得k；=1.51;由圖78查得0=1.07；選單列鏈，由表79查得k=l代入數(shù)據(jù)的 p0 = 7.427kw o根據(jù)幾與也，由圖711選用鏈號(hào)為10a,并且也證實(shí)了原估計(jì)的鏈工作在功率 曲線凸峰左側(cè)是正確的。由表7-12查得鏈節(jié)距p為15.875mm,滾子的外徑d=10.16mm。4）驗(yàn)算鏈速v= 6.52m/s符合要求z)pn _ 25x15.875x986 60x1000 " 60x10005）計(jì)算實(shí)際中心距代入數(shù)據(jù)得a = 666.3 - 666 > <70 = 40p = 635mm ,故原初選擇合適。6）作用在

25、軸上的壓力q因載荷平穩(wěn)，q=1.2f圓周力 f =型s 二 1000x10 = 1533.7nv 6.52則 q=1.2f=1840.5n綜上可知鏈條的選擇：鏈條型號(hào)10a 鏈節(jié)距p=15.875mm大小鏈輪尺寸：z,=25,z2=50鏈節(jié)數(shù)：l/?=118單列 中心距a=666mm軸上壓力q=1840.5n3. 3. 3小鏈輪的設(shè)計(jì)節(jié)圓直徑d = = 15,87512667mm.18q.180sin sin2525齒頂圓直徑：da = 6/ +1.25p - j, = 109.25mm齒根圓直徑： 心二=126.67-10.16 = 116.51mm （d：節(jié)圓直徑 滾子 外徑）同理得大鏈輪

26、尺寸d=253.43mm da = 231.54mm df = 245.48mm結(jié)合相關(guān)手冊(cè) 18知大鏈輪采用腹板式輪轂長(zhǎng)度可用下式計(jì)算心4/譏=9.5 +血+ 0.01d；4大鏈輪的分度圓直徑d = 253.4mm,計(jì)算：1 = （2.63.3）h,h = k +玉+ o.old, k取64,經(jīng)計(jì)算-、=123.6 156.8mm。小鏈輪采用整體結(jié)構(gòu)，輪轂長(zhǎng)度可用下式:小鏈輪的分度圓直徑為d= 126.7mm,經(jīng)計(jì)算得/ = 5664mm ； 乂經(jīng)過(guò)調(diào)研手扶拖 拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸軸（連接大鏈輪）伸長(zhǎng)度為150mm,輸入軸（連接小鏈輪）的軸伸 長(zhǎng)度為60mm,可以直接安裝不需要聯(lián)軸器。齒形采用三

27、圓弧一直線按照3rgb1244-85規(guī)定制造。3. 34聯(lián)軸器的選擇螺旋刀具主軸輸出軸間應(yīng)該用聯(lián)軸器進(jìn)行連接，根據(jù)軸徑和扭矩進(jìn)行選擇。 結(jié)合公式：卩代入數(shù)值得tc=230.7n/m為了減少?zèng)_擊和噪聲，結(jié)合載荷性質(zhì)，選則輪胎式彈性聯(lián)軸器，型號(hào)是ul6其參數(shù)為:公稱轉(zhuǎn)矩t =250n/mul6聯(lián)軸器空聖gb5844-86o"38x603. 3. 5減速器的選擇對(duì)于螺旋開(kāi)溝機(jī)的配套減速器，經(jīng)鏈輪加速后輸入轉(zhuǎn)速 493r/min按照設(shè)計(jì)要求螺旋刀具的的輸出轉(zhuǎn)速為(>)240r/min,所以取傳動(dòng)比i=2.為了節(jié)省設(shè)汁成本選擇標(biāo)準(zhǔn)減速器cws63型減 速器其參數(shù)如表1：表1 cws63減

28、速器參數(shù)型號(hào)額定功率 (kw)中心距(mm)蝸輪齒數(shù)z2蝸桿頭數(shù)z2質(zhì)量(kg)外伸軸長(zhǎng) (mm)輸出軸徑(mm)cws2.93263314195832k63. 4螺旋刀具組合的設(shè)計(jì)3. 4.1螺旋葉片的設(shè)計(jì)要求螺旋刀具組合為核心工作部件如圖3. 3,主要包括主軸、變螺距螺旋葉片、端面 切土刀片、底面切土刀片組合和底錐。1底錐2端而切土刀片3螺旋葉片4鋸齒形刀片5主軸6聯(lián)接法蘭7連接半軸圖3. 3螺旋主軸組合螺旋刀具在果園開(kāi)溝作業(yè)時(shí)，必須保證同時(shí)完成對(duì)上壤的切削、軸向輸送和拋撒 等工作過(guò)程，因此需滿足如下設(shè)計(jì)要求：(1) 由于果園開(kāi)溝機(jī)的溝型要求為矩形，所以立式螺旋開(kāi)溝機(jī)刀具須為圓柱螺旋 結(jié)構(gòu)

29、；(2) 為避免土壤在輸送過(guò)程中在上下葉片之間發(fā)生堵塞和擠壓，螺旋葉片的導(dǎo)程 必須自下而上連續(xù)增大，因此設(shè)計(jì)螺旋刀具螺旋葉片為變螺距螺旋葉片；(3) 葉片的幾何形狀必須使被切下的土塊能沿葉片軸向輸送，不隨葉片的旋轉(zhuǎn)而 原地打轉(zhuǎn)；(4) 為避免主軸僅受連續(xù)的側(cè)向力作用，設(shè)計(jì)螺旋刀具為雙頭螺旋。因此螺旋刀具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)為雙頭變螺距式圓柱螺旋刀具，該螺旋刀具的螺旋曲面為變 螺距圓柱正螺旋面。1)變螺距圓柱正螺旋面的形成圓柱的直母線繞軸線作等速冋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，母線上一動(dòng)點(diǎn)p沿母線作等加(減)速運(yùn) 動(dòng)，點(diǎn)p的軌跡就是一條變螺距圓柱螺旋線t,螺旋線的螺旋升角a隨動(dòng)點(diǎn)p的位置 變動(dòng)而變化。設(shè)圖3.4(a)中圓柱半

30、徑為圓柱面上螺旋線t的的初始點(diǎn)為p°, p。點(diǎn) 的螺旋升角為q,沿螺旋線轉(zhuǎn)k°圈后到達(dá)p點(diǎn)時(shí)在軸向上升高度為勺。以上參數(shù)廠、 a。、k0. a,確定了該螺旋線。將上述內(nèi)圓柱面展平，它上面的螺旋線t即展開(kāi)為一 拋物線，如圖3.4(b)所示。設(shè)該拋物線的方程為：z = ei?+bl(3.1)式中：e、b拋物線方程的系數(shù)。拋物線上各點(diǎn)的切線斜率即為螺旋線上相應(yīng)點(diǎn)處切線的斜率。設(shè)螺旋上任一點(diǎn)的 螺旋升角為a,則其切線斜率為：tg 畋=一 =+ b(3.2)dl當(dāng)l = 0時(shí)，ak = aq,帶入上式得b = tga0(3.3)圖3. 4變螺距螺旋線的形成z = hf則l = 2丸）

31、代入式（3.1）得_ h、一 2mktga）6（2 加°）當(dāng)螺旋線由p點(diǎn)上升k圈時(shí)：l = 2dk將式（3.3） （3.5）代入式（3.1）得：z = 2m'k（2emk + tgaq）因此得到以上升圈數(shù)k為參數(shù)的螺旋線的方程為：x = r-cos（2</r-k）< y = r-sin（2r-z:）z = -（2-r）2 -k2 r-tga-k將式（3.5）代入式（3.2）得:tgak =4e7rrk + tga（）= arctgek + fga（）(3.4)(35)(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)上式即為螺旋線由始點(diǎn)上升k圈后該點(diǎn)處的螺旋升角的計(jì)算公式。

32、變螺距圓柱正螺旋面的形成即是以變螺距螺旋線t為導(dǎo)線，使母線沿導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)時(shí) 與螺旋線軸線所成的角度為900不變，就形成了變螺旋圓柱正螺旋面，制件采用兩圓 柱之間的部分。螺旋面的參數(shù)為螺旋線t的參數(shù)加上內(nèi)圓柱半徑:、外圓柱半徑r19 20。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)21,螺旋葉片工作時(shí)能耗的大小與螺旋角的正切呈比例增長(zhǎng)， 為了減少輸、拋土能耗，應(yīng)選取較小螺旋角。但螺旋角過(guò)小又會(huì)影響拋土距離形成溝 邊奎土和冋土。故在螺旋起始段取較小螺旋角，而在螺旋上部取較大的螺旋角。由于 變螺距圓柱正螺旋面的螺旋角連續(xù)變化，為減少能耗，取較小的初始螺旋角。螺旋葉 片的外螺旋線為變螺距圓柱螺旋線，初始螺旋角為50,在270mm的距離

33、上升1.5圈。 內(nèi)螺旋線的初始角為100,設(shè)螺旋沿主軸上升0. 3m時(shí)螺旋的圈數(shù)為2o即r=0. 029m, k°=2圈，h,=0.3m, g° = 100,代入公式便可得到螺旋葉片螺旋線的方程，從而得 到螺旋面。2）螺旋刀具的成形方法及刀具材料的選擇目前螺旋葉片方法主要有以下幾種：?jiǎn)纹止釅撼尚?、胎具熱壓成形、胎具?壓成形、組合冷拉成形法等26。對(duì)于小批量生產(chǎn)螺旋葉片的傳統(tǒng)方法是單片手工成 形法。其成形工藝步驟為:將坯料加熱到700°c左右，在單片熱成形胎具上用手工錘打 成形。此種方法成形工藝簡(jiǎn)單，適用于螺旋葉片板薄的坯料成形，其缺點(diǎn)是生產(chǎn)條件 差，勞動(dòng)強(qiáng)度

34、大，生產(chǎn)效率低。本螺旋葉片的加工成形就采用上述方法。刀片材料選 用65mn鋼刀片并進(jìn)行激光表面處理（激光相變和激光熔凝處理）22。65mn鋼強(qiáng)度 高，淬透性較大，脫碳傾向小，適宜制成農(nóng)機(jī)零件和汽車離合器彈簧。65血鋼性能參 數(shù)如表2所示23。表2刀具材料性能參數(shù)鋼號(hào)化學(xué)成分/%力學(xué)性能65mncsimn6os8屮abe/mpa/%/j0.62 0.700.170.370.90 1.20257354309303.4.2切土刀片的設(shè)計(jì)如圖3. 5所示，切土刀片包括鋸齒形刀片和底部切土刀片組合。鋸齒形刀片用螺 栓連接在螺旋葉片上端面，伸出螺旋葉片5mm,其截面的法線和主軸中心線約呈900, 排列間距

35、為沿外螺旋線100mm,共連接刀片32把,刀片材料為yt14。底面切土刀片 組合和螺旋葉片的底端面焊合，底錐和主軸的下端面焊合，底錐和底面切土刀片組合 的設(shè)計(jì)有利于初始工作時(shí)鉆孔作業(yè)的完成。螺旋刀具組合中的螺旋葉片的內(nèi)螺旋面與 主軸焊合，外螺旋面與鋸齒型切土刀片通過(guò)螺栓聯(lián)接，螺旋葉片的底端面與端部切削 刀片組合焊合，主軸底端面與底錐焊合，端部切削刀片組合由刀座、刀片和聯(lián)接螺栓 組成，刀座與水平面夾角呈250。在后端面與螺旋葉片的底端面焊合，刀片由聯(lián)接螺 栓固定在刀座上，刀片的刃面與刀座平面夾角呈200。o1231連接螺栓2刀座3刀片圖3. 5端部切削刀片(左)鋸齒形刀片(右)3. 4. 3理想

36、化假設(shè)為便于分析土壤運(yùn)動(dòng)和受力關(guān)系，假設(shè)如下：(1) 由于開(kāi)溝過(guò)程中開(kāi)溝機(jī)前進(jìn)速度很低，因此在研究刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)不計(jì)車體前 進(jìn)速度vo,簡(jiǎn)化計(jì)算；(2) 為能夠同時(shí)考慮螺旋葉片與坑壁對(duì)土壤微粒的作用，忽略土壤間擠壓力，在計(jì)算時(shí)假設(shè)土壤顆粒足夠大，并作用在外螺旋線上；(3) 在刀具切割土壤的過(guò)程中，土壤顆粒不僅作上升運(yùn)動(dòng)，而且新切下的土壤會(huì)將 刀片上的土粒向圓柱軸心擠壓，若考慮由此引起的徑向力，則分析計(jì)算過(guò)于復(fù)雜，因 此忽略徑向運(yùn)動(dòng)及由此產(chǎn)生的徑向力(李嬪，2007)；(4) 忽略螺旋底面與土壤、土壤與土壤之間的摩擦力。3. 4. 4開(kāi)溝器切削土壤的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以上壤質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象，上壤質(zhì)點(diǎn)速度分

37、解側(cè)視圖如圖3. 6圖3. 6 土壤受力分析示意圖(3.10)(3.11)(3.12)(3.13)(3.14)(3.15)(3.16)如圖36所示，刀具以角速度8旋轉(zhuǎn)，土壤質(zhì)點(diǎn)在外螺旋線半徑r處以圮隨葉片 一起旋轉(zhuǎn)。則由未切削到的土體阻擋及慣性的作用而進(jìn)入螺旋面的土粒將被螺旋帶著 旋轉(zhuǎn)，在法向慣性力的作用的影響下，沿螺旋面向外運(yùn)動(dòng)，拋至溝壁。到達(dá)溝壁之后, 土粒與溝壁接觸面之間產(chǎn)生法向壓力及切向摩擦力，因此在該力的作用下，土壤質(zhì)點(diǎn) 以速度k相對(duì)丁螺旋面向上滑動(dòng)，并以絕對(duì)速度屹的垂直分量吃，即垂直速度向上加 速運(yùn)動(dòng)。堆與水平面的夾角為，因此設(shè)土粒運(yùn)動(dòng)軌跡是升角為y的螺旋線，k為址的水 平分量，即

38、土壤質(zhì)點(diǎn)垂直刀軸分速度。由圖可得：% - cosy = 69-/?-v2 ctgavz =va-sin/cos7 = ersinyc(g" vt =g/r = %cosy"cos/6?=tg£±tgz式中：喝一土壤質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)角速度;q 螺旋角；卩一絕對(duì)速度與x軸的夾角;r外螺旋線半徑。3.4.5 土壤質(zhì)點(diǎn)力學(xué)模型的建立與動(dòng)力學(xué)分析以螺旋葉片上土壤質(zhì)點(diǎn)d為研究對(duì)象，圖3. 7所示為土壤質(zhì)點(diǎn)受力分析圖。設(shè)質(zhì)點(diǎn) 0的質(zhì)量為鋤，其所受的離心力為e,方向指向坑壁?？颖趯?duì)土壤的摩擦力為幔，其方 向與絕對(duì)速度v。的方向相反，與水平面呈y角。螺旋面對(duì)土粒的垂直反力為iv,

39、 土 粒沿螺旋面滑動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力為犯，其方向與相對(duì)速度v,的方向相反。犯與iv,的 合力民，為螺旋面對(duì)土粒的聯(lián)合作用力，目，與iv,呈礪角。在徑向，土粒的法向離 心力e與反力iv,平衡，只考慮xz平面力系。由于此時(shí)質(zhì)點(diǎn)并不處于平衡狀態(tài)，為 便于分析，使用質(zhì)點(diǎn)的達(dá)朗伯原理來(lái)進(jìn)行分析。質(zhì)點(diǎn)d是加速向上的，設(shè)土粒在丫方向 的加速度分量為a,因而所加慣性力的大小設(shè)為呃，而a的大小可利用該螺旋線的曲線 方程求出。df嚴(yán) n"式中：®土壤與螺旋面外摩擦角；兀一土壤與螺旋面外摩擦系數(shù)ng%土壤與土壤內(nèi)摩擦角；心一土壤與螺旋面外摩擦系數(shù)，f2=tg（p2.v2nr = f= dm2 c r

40、2clfr- r -(3.17)(3.18)(3.19)(3.20)(3.21)(3.22)n、-df1 -cos（90 -a- /）4- （g + cr.） dm-cos6z df = n、 / df2 cos（90 ” 一 y）+ （g + 乞）伽.cos a j圖3. 7 土壤質(zhì)點(diǎn)受力分析圖3. 4.6螺旋刀具的受力分析如圖3. 8為螺旋刀具受力分析圖，作用于螺旋微段豳上的法向力為e,切向力為只, 則：f. = 0 j ds（3.23）h（3.24）式中：5一最大主內(nèi)力，可由極限應(yīng)力圓求出5=2crg45°+釗（錢歡歡，1990）； c土壤內(nèi)聚力系數(shù)（n/n?）；耳一刀具每轉(zhuǎn)平

41、均進(jìn)刀量（m）。圖3. 8刀具受力分析圖3. 4. 7螺旋主軸的軸徑確定根據(jù)蘋果園開(kāi)溝的具體要求得螺旋主軸徑：ds= 58mm ,螺旋主軸長(zhǎng)度：l=500mm,螺旋角：初始螺旋角為50,內(nèi)螺旋線的初始角為100,螺旋主軸頭數(shù):i=2,螺旋主軸轉(zhuǎn)速：n =240r/min ,螺旋葉片外半徑r= 160mm,螺旋葉片高度h = 380mmc3. 4. 8校核螺旋主軸在螺桿的全長(zhǎng)上主要受土壤的壓力p,克服土壤阻力所需的扭矩m,。由圖知，沿 螺桿徑向所受的壓強(qiáng)大小相等方向相反而相互抵消，故計(jì)算時(shí)對(duì)p的影響只考慮軸向 壓強(qiáng)p對(duì)螺桿的作用（即螺桿所受的軸向力p）,由于車速很慢，可以忽略車體前進(jìn)對(duì) 軸身縱向

42、彎曲的影響。所以，對(duì)螺桿的強(qiáng)度計(jì)算可歸結(jié)為壓扭聯(lián)合作用下的復(fù)合計(jì)算, 由于在一般情況下根頸處的承載能力最差。因此，對(duì)螺桿的校核可進(jìn)一步歸結(jié)上述復(fù) 合應(yīng)力作用下，螺桿根頸斷面的強(qiáng)度計(jì)算24 25。圖3.6螺桿的受力分析圖由軸向力f產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力 乞=(1151.25) 材= 1.584mpa (其中 p = £ j°o°p螺桿=i3.4kn 所以 p=0.2112mpa)oa v(2) 由扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力n“496000xx = 69.747mpg (其中n喚為減速器最大傳動(dòng)功率，叫和為螺 桿最高轉(zhuǎn)速，為傳動(dòng)效率，木文取7/ = 0.8)o(3) 根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)，

43、對(duì)于塑性材料合成應(yīng)力采用第三強(qiáng)度理論計(jì)算。因此，其 強(qiáng)度約束條件應(yīng)力為l-7+4r/h>0o所以，1= 1-0.04 = 0.996>0 (其中 l(y為螺桿材料的許用應(yīng)力,一般取l(y = 4.165mpg ) o由上知道，此軸滿足強(qiáng)度要求。4. 附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4. 1托架的設(shè)計(jì)如圖4.1所示，連接臺(tái)架由機(jī)架連接板加強(qiáng)筋和拉桿組成。機(jī)架連接板和減速器 連接板焊合，并通過(guò)加強(qiáng)筋加固，拉桿底部與減速器連接板連接，它的上部和拖拉機(jī) 操縱桿相連接。機(jī)架連接板中部設(shè)有4個(gè)螺孔，該4個(gè)螺孔分別與拖拉機(jī)變速箱后端 面的4個(gè)螺孔對(duì)正，以齒輪箱端面聯(lián)接螺栓緊固。減速器連接板后部設(shè)有4個(gè)螺孔， 該4

44、個(gè)螺孔分別與減速器底端面的4個(gè)螺孔對(duì)正，以螺栓緊固。沖 4-*1拉桿2機(jī)架連接板3加強(qiáng)筋4減速器連板接圖4. 1托架的結(jié)構(gòu)圖4. 2擋板的設(shè)計(jì)如圖4. 2所示擋板包括后擋板、側(cè)擋板和側(cè)翼板，其中后擋板與螺旋軸組合共同 作用將已切削土壤“逼出”溝內(nèi)，側(cè)擋板除起同樣作用外，還可平整溝壁，上擋板的 存在避免土壤拋撒過(guò)高。后擋板組合通過(guò)銷軸與連接架聯(lián)結(jié)，并能繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而 調(diào)節(jié)后擋板和螺旋葉片外緣距離。擋板組合由后擋板側(cè)擋板和側(cè)翼板組成。后擋板呈 弧形，通過(guò)2nun的鋼板滾軋而成，側(cè)擋板由2nun的平鋼板加工而成。后擋板呈150° 圓弧狀，它與側(cè)擋板在側(cè)端面呈90°焊合，側(cè)翼板與

45、側(cè)檔板在側(cè)擋板上側(cè)端面呈45"夾 角焊合。檔板組合保證了所切削的上壤隨螺旋不斷的提升而慣性拋撒到溝側(cè)。后擋板 與螺旋刀具組合鋸齒端部圓周的間隙為loinm,既能保證不與螺旋刀具組合發(fā)生摩擦, 又能保證開(kāi)溝質(zhì)量。側(cè)扌當(dāng)板的構(gòu)型起到平整溝壁和支撐側(cè)翼板的作用，側(cè)翼板的作用 是引導(dǎo)土壤排向溝的兩側(cè)。擋板組合的后擋板呈1500圓弧狀，它與側(cè)扌當(dāng)板在側(cè)端面 呈90°焊合，側(cè)翼板與側(cè)擋板在側(cè)擋板上側(cè)端面呈45。夾角焊合，后擋板與螺旋刀 具組合鋸齒端部圓周的間隙為10mmo圖4. 2擋板的結(jié)構(gòu)圖5. 螺旋開(kāi)溝器運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定根據(jù)果園開(kāi)溝的所要求的生產(chǎn)效率，得到最低的前進(jìn)速度，再根據(jù)所提供

46、掛接動(dòng) 力的功率，來(lái)確定前進(jìn)速度，設(shè)計(jì)該螺旋式開(kāi)溝機(jī)的前進(jìn)速度為100m/ho立式螺旋開(kāi) 溝器刀具為雙螺旋結(jié)構(gòu)，在螺旋開(kāi)溝過(guò)程中，被切下的土塊在離心力作用下壓向坑壁, 坑壁對(duì)上塊產(chǎn)生阻止其旋轉(zhuǎn)的摩擦力，使上塊的角速度小于螺旋面的冋轉(zhuǎn)角速度，該 摩擦力引起土塊沿葉片向上加速滑動(dòng)。螺旋刀具的轉(zhuǎn)速為關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，需計(jì)算滿足 要求的最小轉(zhuǎn)速，即臨界轉(zhuǎn)速26。轉(zhuǎn)速較低吋，切下的土屑離心慣性力小，孔壁對(duì) 土屑的摩擦力不足以使土屑與葉片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，土屑不能上升，只能隨葉片旋 轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)速的增大，孔壁對(duì)土屑的摩擦力也增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)某一臨界值后，孔壁 對(duì)土屑的摩擦力足以使土屑與螺旋葉片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，

47、土屑就會(huì)上升。這一轉(zhuǎn)速 的臨界值稱為臨界轉(zhuǎn)速。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速還需滿足排土轉(zhuǎn)速。排土臨界轉(zhuǎn)速指土 壤在葉片上不被擠壓而順利排出所需的最低轉(zhuǎn)速。5.1開(kāi)溝器功耗分析根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的研究27,螺旋式開(kāi)溝機(jī)的功率消耗由3部分組成:挖掘功耗w 輸送功耗w?與拋撒功耗w3。輸送功耗包括克服土塊重力做功w2,克服周圍土壁摩擦做功w；及克服螺旋刃而摩擦做功w； 3部分，怡二' +怡"+怡"=旳rd gr2 +通過(guò)建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型;利用matlab的優(yōu)化工具包進(jìn)行優(yōu)化，得到當(dāng)v=0.0278in/s, w=13.967rad/s, k0= 1.2286 圈，tga0=0.1763

48、時(shí)達(dá)到最低的切削功耗為 2.3836kw。5. 2轉(zhuǎn)速分析銃切力隨線速度呈拋物線變化規(guī)律，當(dāng)切削速度低于8.5 - 9m/s時(shí)，銃切力隨線速度增長(zhǎng)緩慢，而當(dāng)切削速度高于8.59m/su寸，銃切力隨線速度急驟增長(zhǎng)。這說(shuō)明當(dāng) 切削速度接近10m/s時(shí)，負(fù)荷在土壤中的傳播速度接近或超過(guò)變形在土壤中傳播的速 度（變形在土壤中的傳播速度為10-llm/s）,不僅銃切力增長(zhǎng)，銃切比阻也隨之增長(zhǎng)28 ,因而取vl7jmax =9m/s30 7切n 由：r兀式中：v切一圓周切向線速度將最大的圓周切向速度代入上式得n max =537r/min考慮到手扶拖拉機(jī)的附加農(nóng)耕機(jī)具的一般作業(yè)速度的取值，選取vr=4m/

49、5,則 n阿=240" mino5. 3臨界轉(zhuǎn)速分析根據(jù)上節(jié)對(duì)土壤質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)和受力分析，得到土粒沿螺旋升運(yùn)的臨界轉(zhuǎn)速公式：取土壤的物理參數(shù)及螺旋的結(jié)構(gòu)參數(shù)為： =15°,£ =0.466,/? = 016加, =30°, 代入上式得1% =109廠/min則設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n >n0。土?？梢韵蛏陷斶\(yùn)。5. 4排土臨界轉(zhuǎn)速排土轉(zhuǎn)速指不使土壤在葉片擠壓而阻塞、順利排出所需的最低轉(zhuǎn)速29,即：八 廠式中：1螺旋刀具中心管半徑，r=0. 029m 則排土轉(zhuǎn)速計(jì)算為：比=133.4廠/min只有當(dāng)螺旋刀具的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速人于排土臨界轉(zhuǎn)速和升土臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，才能保證土壤被切 削后能沿螺旋葉片排出而不會(huì)擠壓阻塞。結(jié)論與討論本文研究雖然完成螺旋式果園開(kāi)溝機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步解決了果樹(shù)園開(kāi)施肥溝的 問(wèn)題，節(jié)約了人力物力，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)溝的機(jī)械化。由于時(shí)間緊，任務(wù)垂，而且是初次設(shè) 計(jì)，所以難免存在j些問(wèn)題，特別是在一些參數(shù)的選定方面需要改進(jìn)，可以大幅度的 提高起生產(chǎn)的效率。但有待于進(jìn)一步深入改進(jìn)和完善。此外由于在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中需要綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，需要有豐富的實(shí)際工 作經(jīng)驗(yàn)，在本科受教育階段不能夠熟練掌握本設(shè)計(jì)用到的所有專業(yè)知識(shí)以及設(shè)計(jì)軟件 的使用方法，因此在本設(shè)計(jì)中肯定存在很多不足甚至是錯(cuò)誤，但是本設(shè)計(jì)再設(shè)計(jì)原理 方面借鑒了很多論文中提到的較好的設(shè)