手扶式挖坑機(jī)設(shè)計(jì)40頁(yè) 21000字?jǐn)?shù)+論文說(shuō)明書(shū)+任務(wù)書(shū)+5張CAD圖紙【詳情如下】任務(wù)書(shū).doc基本參數(shù)和切削土壤狀態(tài)圖.dwg開(kāi)溝機(jī).dwg開(kāi)溝機(jī)簡(jiǎn)圖.dwg手扶式挖坑機(jī)設(shè)計(jì)論文.doc鏈傳動(dòng)組成圖.dwg鏈條.dwg手扶式挖坑機(jī)目錄1緒論11.1 國(guó)內(nèi)外挖坑機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀11.1.1我國(guó)挖坑機(jī)發(fā)展11.1.2 國(guó)外挖坑機(jī)發(fā)展51.1.3在海底挖坑機(jī)的用途71.2 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研究現(xiàn)狀71.3 本論文研究意義92鏈傳動(dòng)概述及鏈刀式挖坑機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論102.1 鏈傳動(dòng)概述102.1.1 鏈傳動(dòng)基本原理112.1.2鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)122.1.3鏈傳動(dòng)的應(yīng)用142.2 鏈傳動(dòng)的失效分析152.3 挖坑機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論162.3.1土壤的主要物理力學(xué)性質(zhì)162.3.2土壤工作部件力學(xué)182.3.3小結(jié)切割過(guò)程的分土壤切削阻力分析193鏈刀式挖坑機(jī)工作部件的設(shè)計(jì)203.1  挖坑機(jī)的工作原理203.2 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的特點(diǎn)223.3 工作部件基本參數(shù)的選擇223.4 工作部件切削土壤的力273.5 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的確定和底盤(pán)的選擇283.6 鏈刀式挖坑機(jī)的整體參數(shù)計(jì)算與確定313.7耕地器的結(jié)構(gòu)323.7.1耕地器的結(jié)構(gòu)分析323.7.2 耕地器的工作原理334結(jié)論與展望344.1結(jié)論344.2觀察研究后根據(jù)鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的傳動(dòng)環(huán)境與切削的分析提出見(jiàn)解344.2.1 根據(jù)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)提出見(jiàn)解344.2.2 土壤質(zhì)地、濕度、硬度對(duì)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)的影響354.2.3 研究后對(duì)耕地鏈傳動(dòng)的切削分析354.2.4根據(jù)分析改進(jìn)耕地鏈傳動(dòng)的方式為逆時(shí)針切削方式364.3寫(xiě)論文的感受36參考文獻(xiàn)38致謝391 緒論1.1 國(guó)內(nèi)外挖坑機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀挖坑機(jī)的歷史悠久，早期的犁鏵工具1就是挖坑機(jī)的雛形，只不過(guò)沒(méi)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。到了上世紀(jì) 50 年代開(kāi)始，伴隨著機(jī)械化的普及，而且在一些相關(guān)的部件和結(jié)構(gòu)原理沒(méi)有成型和系統(tǒng)的研究戰(zhàn)后的發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始使用機(jī)械挖坑機(jī)進(jìn)行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率?，F(xiàn)在隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和日益增多的工作要求，耕地設(shè)備的研究走進(jìn)了一個(gè)新的時(shí)代，較為成型的耕地設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但國(guó)內(nèi)的挖坑機(jī)的研究和使用起步比較晚。到了60 年代，旋轉(zhuǎn)式挖坑機(jī)2已發(fā)展成為一種先進(jìn)的連續(xù)挖土機(jī)械。適宜開(kāi)挖梯形截面的農(nóng)用溝渠。由于它牽引阻力小，能均勻散耕地內(nèi)土壤，工作效率高，因而獲得迅速的發(fā)展和廣泛的使用。挖坑機(jī)在歐洲、美洲各發(fā)達(dá)國(guó)家和亞洲的日本等國(guó)廣泛的應(yīng)用在土方施工領(lǐng)域，僅美國(guó)年需求量就達(dá)數(shù)千臺(tái)。挖坑機(jī)發(fā)達(dá)的國(guó)家主要有德國(guó)、意大利、美國(guó)、俄羅斯和日本等國(guó)。前蘇聯(lián)、意大利、法國(guó)和西德等國(guó)都有不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，有的遠(yuǎn)銷國(guó)外。從 70 年代末期開(kāi)始，以鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研究逐漸興起，到了 80 年代中期，美國(guó)等國(guó)已經(jīng)有了較為成型的鏈?zhǔn)礁卦O(shè)備。隨著改革開(kāi)放的不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)全面啟動(dòng)，城市土方施工工程規(guī)模越來(lái)越大，各方面都面臨著巨大的挖溝工作量。經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展，在挖坑機(jī)應(yīng)用方面，以其生產(chǎn)效率高，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，組裝方便，多為懸掛于農(nóng)用拖拉機(jī)后端的可拆卸設(shè)備而被廣泛應(yīng)用。其工作效率突出，且擴(kuò)大了使用范圍，隨著電信事業(yè)廣播光纜的鋪設(shè)需要，鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的使用更為廣泛，目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域使用，比如，在狹窄的果園，以及在海底挖坑機(jī)也有了重要的應(yīng)用。1.1.1我國(guó)挖坑機(jī)發(fā)展我國(guó)挖坑機(jī)械起步較晚，經(jīng)歷了從犁鏵式挖坑機(jī)、圓盤(pán)式挖坑機(jī)、螺旋式挖坑機(jī)和鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的四個(gè)發(fā)展歷程。在我國(guó)除極少數(shù)單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式挖坑機(jī)外,國(guó)產(chǎn)挖坑機(jī)仍處于設(shè)計(jì)研發(fā)的初步階段。首先，在上世紀(jì)50年代主要是犁鏵式挖坑機(jī)。這種挖坑機(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，耕地深度為30cm到80cm。主要缺點(diǎn)是機(jī)體笨重，牽引阻力大，犁鏵入土后，土垡隨翻土板曲面上升，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3。然后，到了上世紀(jì)70年代又出現(xiàn)了圓盤(pán)式挖坑機(jī)，它以兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的銑削圓盤(pán)，圓盤(pán)周圍是銑刀，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)率比犁鏵式耕地犁低，它的耕地?cái)嗝媸巧峡趯挏系渍牡固菪?，配套?dòng)力要求選擇功率大而行駛速度低拖拉機(jī)。由黑龍江建設(shè)兵團(tuán)三師十八團(tuán)研制的單圓盤(pán)挖坑機(jī)簡(jiǎn)圖3。接著，上個(gè)世紀(jì)九十年代主要以螺旋挖坑機(jī)為主，江蘇省農(nóng)機(jī)局技術(shù)中心研制的1KLZ-27 型螺旋挖坑機(jī)采用立式螺旋耕地刀具，耕地部件為直接安裝在一根直立軸管上的兩組螺旋刀片，集立銑、周向提升、螺旋葉片慣性拋散等原理于一體，使耕地過(guò)程中的切削、提升、拋散一次完成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 1.1所示。該機(jī)工作時(shí)土塊呈條狀沿螺旋線導(dǎo)向兩面拋落，以圓錐對(duì)數(shù)螺線為基礎(chǔ)的立錐式刀具，增強(qiáng)了對(duì)不同區(qū)域、不同土質(zhì)的適應(yīng)性，刀片采用組合式結(jié)構(gòu)，刀柄、刀刃選用不同的材料，提高了使用壽命4。粘附。因此當(dāng)土壤含水量達(dá)到使土壤在塑性范圍內(nèi)時(shí)，土壤介質(zhì)中鏈傳動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩和所受阻力會(huì)越大20。顯然，隨著土壤硬度的增加，鏈傳動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩和所受阻力會(huì)逐漸增大。4.2.3 研究后對(duì)耕地鏈傳動(dòng)的切削分析（1） 切削區(qū)域的劃分      觀察后得出，由于此鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)屬于后置鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)故整個(gè)耕地裝置與地面成一定的角度，因此工作狀態(tài)下的鏈條有一部分處在旋轉(zhuǎn)切削狀態(tài)，有一部分處在平動(dòng)切削狀態(tài)，其旋轉(zhuǎn)切削區(qū)域 與平動(dòng)切削區(qū)域。（2）切削過(guò)程     土壤的切削是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程。土壤在鏈條刀具的壓力作用下受到擠壓和         剪切而開(kāi)始變形，當(dāng)壓力繼續(xù)增大，土體的原始結(jié)構(gòu)被破壞，土塊或土層便被切離。此時(shí)，產(chǎn)生了土體松散與擠壓兩個(gè)現(xiàn)象，土粒與土粒、土塊與土塊、土壤與鏈條刀具之間產(chǎn)生了摩擦而形成阻力。而切削刃阻力是切削刃插入土體，使土體剪切破壞而流動(dòng)產(chǎn)生的反力。工程實(shí)踐觀察得出：土壤的破壞大多數(shù)是剪切破壞。這是因?yàn)橥寥李w粒自身的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于顆粒間的連接強(qiáng)度，在外力作用下，土壤中的顆粒沿接觸面互相錯(cuò)動(dòng)而發(fā)生剪切破壞。當(dāng)鏈條刀具與土壤接觸后,由于土壤具有一定強(qiáng)度,當(dāng)切削力沒(méi)有達(dá)到土壤的強(qiáng)度極限時(shí),土壤在切削力的作用下產(chǎn)生變形,同時(shí)切削力逐漸升高;當(dāng)切削力達(dá)到土壤的強(qiáng)度極限后,土壤開(kāi)始被破壞,切削力不再增加,當(dāng)整個(gè)土塊被破壞后,切削力迅速下降。4.2.4根據(jù)分析改進(jìn)耕地鏈傳動(dòng)的方式為逆時(shí)針切削方式挖坑機(jī)多為后置式鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)，因此根據(jù)實(shí)際環(huán)境對(duì)耕地鏈的切削方式設(shè)計(jì)為逆時(shí)針切削，即鏈傳動(dòng)軸的方向與作業(yè)行走輪旋轉(zhuǎn)方向相反，從下向上切削土壤，這樣可以表現(xiàn)出在作業(yè)性能上的很多優(yōu)越性。由于開(kāi)始切削時(shí)土垡厚度較小，鏈傳動(dòng)軸受力比較均勻、平穩(wěn)，逆切溝底不平度小，并由于減小了被切削垡塊的平均厚度，而提高了碎土的質(zhì)量，因此當(dāng)碎土質(zhì)量要求相同時(shí)，逆切比正切的生產(chǎn)率要高。因此采用逆時(shí)針切削進(jìn)行作業(yè)比較好。4.3寫(xiě)論文的感受在國(guó)外，連續(xù)式挖溝機(jī)已經(jīng)使用的很普遍，地下公用設(shè)施施工都用專業(yè)挖溝機(jī)，很少使用單斗挖掘機(jī)。在我國(guó)除極少數(shù)的單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式挖溝機(jī)外，國(guó)產(chǎn)挖溝機(jī)基本上是一片空白。隨著改革開(kāi)放的不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)全面啟動(dòng)，城市土方施工工程規(guī)模越來(lái)越大，如基礎(chǔ)建設(shè)施工挖溝、電力輸送方面的電纜鋪設(shè)、有線電視，光纖通訊、天然氣和煤氣輸送、自來(lái)水供應(yīng)和電話等方面都面臨著巨大的挖溝工作量，通過(guò)研制適合我國(guó)土壤情況的挖坑機(jī) ，可以提高挖溝的效率，避免人力和物力的浪費(fèi)。我國(guó)的挖坑機(jī)械起步較晚。雖然國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家擁有多種挖坑機(jī)械，但引進(jìn)國(guó)外的耕地設(shè)備不僅成本高，維修也不方便。以往土地耕地這項(xiàng)巨大的工作完全靠人工挖掘，人工耕地勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)用高，每人每天最多只能挖 15m 左右。目前人力成本也是逐漸昂貴起來(lái)，況且在荒郊野外施工，工人還要承受惡劣環(huán)境的折磨。因此，我們迫切的有必要對(duì)鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，要求研發(fā)產(chǎn)品可提高效率，節(jié)省能源，減少耕地破壞地表面積，符合環(huán)保的國(guó)策，應(yīng)用前景廣闊，市場(chǎng)潛力大，對(duì)今后鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研究與發(fā)展具有重要而深遠(yuǎn)的意義。從而還可以填補(bǔ)我國(guó)在挖溝機(jī)方面的空白。展望現(xiàn)代科技進(jìn)步和產(chǎn)品工藝性的大幅度提高，挖坑機(jī)及其相關(guān)技術(shù)有了更深入地研究。在未來(lái)挖坑機(jī)械發(fā)展中，相信大型化、專業(yè)化、環(huán)保型挖坑機(jī)會(huì)有進(jìn)一步發(fā)展，尤其是機(jī)電一體化技術(shù)在挖坑機(jī)領(lǐng)域運(yùn)用，使其有更為廣闊的發(fā)展空間。參考文獻(xiàn)1 北京農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué) 上冊(cè)M北京：農(nóng)業(yè)出版社，19812 李金琦旋轉(zhuǎn)挖坑機(jī)M北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，19883 董明亮，印文俊，范治國(guó).農(nóng)業(yè)機(jī)械M.高等教育出版社，1991：14-214 朱新民.1KLZ-27 型螺旋挖坑機(jī)J.農(nóng)牧與食品機(jī)械，1991，24(4)，385 宗躍，耿躍海.GC65G型挖溝機(jī)J.工程機(jī)械，2000,31(6):1-36 劉迎春等.鏈刀前置后傾式挖坑機(jī)的平衡理論J.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005,36（10）:70727 李明等，1K（Kz）30 型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研制J.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2002（8）8 高勇.AFT65 型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)J.建筑機(jī)械，2002（6）9 李金琦 SM550C型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)M.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，198810 Heerema Engineering Service BV，1988，Heerema experience11 鄭志峰，王義行，柴邦衡鏈傳動(dòng)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199012 鄭志峰主編鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199213 Kohgo,Y.Nakano.M.&Miyazaki,T.Verification of the Generalized Elastoplastic Model        for Unsaturated Soils and Foundations, 1993, 33(4):64-7514 孫恒、陳作模，機(jī)械原理，北京：高等教育出版社 200315 楊有剛，劉迎春一種新型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和功率的確定J農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),199816 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）.機(jī)械工業(yè)出版社17 陳勇閣，石永年，土壤的物理力學(xué)性質(zhì)分析J.農(nóng)機(jī)化研究，2002，606118 楊國(guó)欣等，土壤耕作部件力學(xué)綜述M.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，1996, 404119 吳禮樹(shù)土壤肥料學(xué)M北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2004.720 曾德超機(jī)械土壤動(dòng)力學(xué)M北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，200521 土壤學(xué)編寫(xiě)組土壤學(xué)（第二版）M北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2002致謝本論文是在導(dǎo)師老師悉心指導(dǎo)下完成的。論文撰寫(xiě)的每一步無(wú)不滲透著導(dǎo)師的心血和汗水，導(dǎo)師淵博的知識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)科學(xué)的執(zhí)著追求、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和開(kāi)拓進(jìn)取的拼搏精神，深深地激勵(lì)著我。導(dǎo)師高尚的人格和正值的人品也深深影響這我的人生道路。導(dǎo)師給了我很多的啟發(fā)，為論文的順利完成和我日后的工作學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。在此，我對(duì)導(dǎo)師的精心培養(yǎng)和無(wú)微不至的關(guān)懷致以崇高的敬意和衷心的感謝！此外，我衷心地感謝我的父母一直以來(lái)對(duì)我的關(guān)懷和鼓勵(lì)，無(wú)論在生活上還是在學(xué)習(xí)上都給我以最大的照顧，感謝他們?cè)谌魏螘r(shí)候都對(duì)我充滿信任和支持。最后，向所有曾經(jīng)給予我鼓勵(lì)和幫助的老師、同學(xué)和朋友，以及參考文獻(xiàn)的作者表示敬意。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 院 （系） 機(jī)械工程學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 副教授 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級(jí)） 學(xué) 號(hào) 設(shè)計(jì)題目 小型自動(dòng)耕地機(jī)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 、 目 標(biāo) 和 要 求 （設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)和要求、設(shè)計(jì)進(jìn)度等） 內(nèi)容： 設(shè)計(jì)一種小型耕地機(jī)械，能實(shí)現(xiàn)翻土及梳理。能實(shí)現(xiàn)耕牛的替換，每天耕地量為 2，適用于小農(nóng)戶。 要求： 1. 查閱相關(guān)資料，并翻譯相關(guān)英文資料一篇； 2. 完成耕地機(jī)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)； 3. 機(jī)械裝配圖一份，系統(tǒng)電路原理圖一份。程序清單一份（關(guān)鍵語(yǔ)句必須有注釋）。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 基層教學(xué)單位審核 院 （系） 審 核 此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)院系審核 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 院 （系） 機(jī)械工程學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 副教授 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級(jí)） 學(xué) 號(hào) 設(shè)計(jì)題目 小型自動(dòng)耕地機(jī)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 、 目 標(biāo) 和 要 求 （設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)和要求、設(shè)計(jì)進(jìn)度等） 內(nèi)容： 設(shè)計(jì)一種小型耕地機(jī)械，能實(shí)現(xiàn)翻土及梳理。能實(shí)現(xiàn)耕牛的替換，每天耕地量為 2，適用于小農(nóng)戶。 要求： 1. 查閱相關(guān)資料，并翻譯相關(guān)英文資料一篇； 2. 完成耕地機(jī)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)； 3. 機(jī)械裝配圖一份，系統(tǒng)電路原理圖一份。程序清單一份（關(guān)鍵語(yǔ)句必須有注釋）。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 基層教學(xué)單位審核 院 （系） 審 核 此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)院系審核 1 手扶式挖坑機(jī) 目錄 1緒論 . 1 內(nèi)外 挖坑機(jī) 的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 . 1 坑機(jī) 發(fā)展 . 1 外 挖坑機(jī) 發(fā)展 . 5 坑機(jī) 的用途 . 7 式 挖坑機(jī) 的研究現(xiàn)狀 . 7 論文研究意義 . 9 2鏈傳動(dòng)概述及鏈刀式 挖坑機(jī) 設(shè)計(jì)的初步理論 . 10 傳動(dòng)概述 . 10 傳動(dòng)基本原理 . 11 特點(diǎn) . 12 . 14 傳動(dòng)的失效分析 . 15 坑機(jī) 設(shè)計(jì)的初步理論 . 16 . 16 . 18 . 19 3鏈刀式 挖坑機(jī) 工作部件的設(shè)計(jì) . 20 挖坑機(jī) 的工作原理 . 20 式 挖坑機(jī) 的特點(diǎn) . 22 作部件基本參數(shù)的選擇 . 22 作部件切削土壤的力 . 27 動(dòng)機(jī)功率的確定和底盤(pán)的選擇 . 28 手扶式挖坑機(jī) 2 刀式 挖坑機(jī) 的整體參數(shù)計(jì)算與確定 . 31 器的結(jié)構(gòu) . 32 的結(jié)構(gòu)分析 . 32 地 器的工作原理 . 33 4結(jié)論與展望 . 34 . 34 坑機(jī) 的傳動(dòng)環(huán)境與切削的分析提出見(jiàn)解 . 34 據(jù)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)提出見(jiàn)解 . 34 壤質(zhì)地、濕度、硬度對(duì)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)的影響 . 35 究后對(duì) 耕地 鏈傳動(dòng)的切削分析 . 35 地 鏈傳動(dòng)的方式為逆時(shí)針切削方式 . 36 . 36 參考文獻(xiàn) . 38 致謝 . 39 3 1 緒論 內(nèi)外挖坑機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 挖坑機(jī)的歷史悠久，早期的犁鏵工具 1就是挖坑機(jī)的雛形，只不過(guò)沒(méi)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。到了上世紀(jì) 50 年代開(kāi)始，伴隨著機(jī)械化的普及，而且在一些相關(guān)的部件和結(jié)構(gòu)原理沒(méi)有成型和系統(tǒng)的研究戰(zhàn)后的發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始使用機(jī)械挖坑機(jī)進(jìn)行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。現(xiàn)在隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和日益增多的工作要求，耕地設(shè)備的研究走進(jìn)了一個(gè)新的時(shí)代，較為成型的耕地設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但國(guó)內(nèi)的挖坑機(jī)的研究和使用起步比較晚。到了 60 年代，旋轉(zhuǎn)式挖坑機(jī) 2已發(fā)展成為一種先進(jìn)的連續(xù)挖土機(jī)械。適宜開(kāi)挖 梯形截面的農(nóng)用溝渠。由于它牽引阻力小，能均勻散耕地內(nèi)土壤，工作效率高，因而獲得迅速的發(fā)展和廣泛的使用。挖坑機(jī)在歐洲、美洲各發(fā)達(dá)國(guó)家和亞洲的日本等國(guó)廣泛的應(yīng)用在土方施工領(lǐng)域，僅美國(guó)年需求量就達(dá)數(shù)千臺(tái)。挖坑機(jī)發(fā)達(dá)的國(guó)家主要有德國(guó)、意大利、美國(guó)、俄羅斯和日本等國(guó)。前蘇聯(lián)、意大利、法國(guó)和西德等國(guó)都有不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，有的遠(yuǎn)銷國(guó)外。從 70 年代末期開(kāi)始，以鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的研究逐漸興起，到了 80 年代中期，美國(guó)等國(guó)已經(jīng)有了較為成型的鏈?zhǔn)礁卦O(shè)備。隨著改革開(kāi)放的不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)全面啟動(dòng)，城市土方施工工程規(guī)模越來(lái)越大， 各方面都面臨著巨大的挖溝工作量。經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展，在挖坑機(jī)應(yīng)用方面，以其生產(chǎn)效率高，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，組裝方便，多為懸掛于農(nóng)用拖拉機(jī)后端的可拆卸設(shè)備而被廣泛應(yīng)用。其工作效率突出，且擴(kuò)大了使用范圍，隨著電信事業(yè)廣播光纜的鋪設(shè)需要，鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的使用更為廣泛，目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域使用，比如，在狹窄的果園，以及在海底挖坑機(jī)也有了重要的應(yīng)用。 國(guó)挖坑機(jī)發(fā)展 我國(guó)挖坑機(jī)械起步較晚，經(jīng)歷了從犁鏵式挖坑機(jī)、圓盤(pán)式挖坑機(jī)、螺旋式挖坑機(jī)和鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的四個(gè)發(fā)展歷程。在我國(guó)除極少數(shù)單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式挖坑機(jī)外 ,國(guó)產(chǎn) 挖坑機(jī)仍處于設(shè)計(jì)研發(fā)的初步階段。 手扶式挖坑機(jī) 4 首先，在上世紀(jì) 50 年代主要是犁鏵式挖坑機(jī)。這種挖坑機(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，耕地深度為 30 80要缺點(diǎn)是機(jī)體笨重，牽引阻力大，犁鏵入土后，土垡隨翻土板曲面上升，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 3。 然后，到了上世紀(jì) 70年代又出現(xiàn)了圓盤(pán)式挖坑機(jī)，它以兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的銑削圓盤(pán)，圓盤(pán)周圍是銑刀，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)率比犁鏵式耕地犁低，它的耕地?cái)嗝媸巧峡趯挏系渍牡固菪?，配套?dòng)力要求選擇功率大而行駛速度低拖拉機(jī)。由黑龍江建設(shè)兵團(tuán)三師十八團(tuán)研制的單圓盤(pán)挖坑機(jī)簡(jiǎn)圖 3。 接著，上個(gè)世紀(jì)九十年代主要以螺旋挖坑機(jī)為主，江蘇省農(nóng)機(jī)局技術(shù)中心研制的1螺旋挖坑機(jī)采用立式螺旋耕地刀具，耕地部件為直接安裝在一根直立軸管上的兩組螺旋刀片，集立銑、周向提升、螺旋葉片慣性拋散等原理于一體，使耕地過(guò)程中的切削、提升、拋散一次完成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 機(jī)工作時(shí)土塊呈條狀沿螺旋線導(dǎo)向兩面拋落，以圓錐對(duì)數(shù)螺線為基礎(chǔ)的立錐式刀具，增強(qiáng)了對(duì)不同區(qū)域、不同土質(zhì)的適應(yīng)性，刀片采用組合式結(jié)構(gòu)，刀柄、刀刃選用不同的材料，提高了使用壽命 4。 5 1 三角帶（三條） 2 附加大皮帶盤(pán) 3 三角帶（一條） 4 機(jī)架 5 尾輪 6 擋土柵 7 括泥板 8 耕地具 圖 螺旋挖坑機(jī)簡(jiǎn)圖 發(fā)展到 1999 年，在天津工程機(jī)械研究所開(kāi)發(fā)研制出了 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)。該機(jī)的主要參數(shù)如下：拖拉機(jī)型號(hào)為 動(dòng)機(jī)功率為 48機(jī)額定牽引力為 18小轉(zhuǎn) 彎半徑為 4500地最深為 1800寬為 400可通過(guò)更換挖掘鏈節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)，挖掘鏈速為 s，回填鏟寬度為 1800體尺寸為長(zhǎng) 7500 2230 2860是由鏈條帶動(dòng)多片鏟高速小厚度切削，主機(jī)低速前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)挖掘作業(yè)。該機(jī)進(jìn)行挖土工作時(shí)，將土帶到溝面上，并擠向兩側(cè)，螺旋葉片形狀的排土輪由鏈輪驅(qū)動(dòng)，向兩側(cè)分土，清溝器端部設(shè)有浮動(dòng)刮產(chǎn)，可將散土收回刀鏟處，刮平溝底 5。 于此同時(shí)在國(guó)內(nèi)進(jìn)行鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)研究的還有西北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院的楊有剛、劉迎春 ，他們?cè)?2002年研制的在滾子鏈鏈板上加鏈刀附件的挖坑機(jī)如圖 6。 1 鏈刀工作部件 2 分土板 3 扶手 4 手輪 5 尾輪 6 動(dòng)力底盤(pán) 圖 子鏈鏈板上加鏈刀附件的挖坑機(jī)簡(jiǎn)圖 2002 年中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院耕作種植機(jī)械研究所的一種 1K（ 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)如圖 示。它主要由齒輪箱、傳動(dòng)鏈、耕地切削刀和分土器等組成?？梢?jiàn)這手扶式挖坑機(jī) 6 種鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)也是在滾子鏈基礎(chǔ)上形成，這種形式的挖坑機(jī)對(duì)土壤的性能要求較高，遇到帶有沙石的土壤很難作業(yè)，耕地比較寬，消耗功率大，深 度也不夠，鏈條易磨損疲勞失效，使用壽命也達(dá)不到預(yù)期的效果 7。 圖 1K（ 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī) 外挖坑機(jī)發(fā)展 國(guó)外最早生產(chǎn)挖坑機(jī)的國(guó)家主要是美國(guó)和前蘇聯(lián)。其發(fā)展過(guò)程大致也是從犁鏵式開(kāi)始的，目前主要是鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)。在國(guó)外 ,挖坑機(jī)的使用已經(jīng)非常普遍 ,許多地下公用設(shè)施施工都用專業(yè)挖坑機(jī)以下簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)國(guó)外的鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)來(lái)說(shuō)明在國(guó)外挖坑機(jī)的特點(diǎn)及大至發(fā)展方向。 國(guó)外挖坑機(jī)的種類很多，適應(yīng)各種不同施工的需要。最小的挖坑機(jī)功率僅有幾千瓦，最大的功率達(dá)到 1100量 136t。國(guó)外專用挖 坑機(jī)需求量逐年增大，僅美國(guó)就有 十多家公司生產(chǎn)挖坑機(jī)，共有一百多種 1。僅以幾家有代表性的公司產(chǎn)品為例說(shuō)明其發(fā)展和研究狀況。 美國(guó) 司挖溝機(jī)。美國(guó)的 司成立于 1842 年，由發(fā)明家 立。 司經(jīng)過(guò) 100 多年完善，現(xiàn)已發(fā)展成為全世界處于領(lǐng)軍地位的中、小型建筑工程機(jī)械設(shè)備 制造商。 7 圖 65 型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī) 美國(guó)傳特公司的 65 型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)，如圖 地傳動(dòng)系統(tǒng)采用多級(jí)變速器，號(hào) 65型耕地鏈條驅(qū)動(dòng)，重型機(jī)械驅(qū)動(dòng)，高扭矩，低速度以達(dá)到最大切割齒、挖掘深度、增強(qiáng)生產(chǎn)力和延長(zhǎng)切割齒壽命，具有牢固的組合式耕地臂，獨(dú)特的可更換的耐磨鋼板系統(tǒng)和鏈輪，方便單雙鏈條的應(yīng)用，重型獨(dú)立驅(qū)動(dòng)履帶，三段式履帶伴側(cè)固定，可升降駕駛室，密封性好，舒適的空調(diào)設(shè)備?？刂破?、計(jì)量表、和感應(yīng)器及駕駛室的升降應(yīng)用最新技術(shù)，視野好，駕駛舒適安全 8。 圖 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī) 法國(guó)“馬萊”公司是一家專門(mén)生產(chǎn)、租賃埋地電纜和管線鋪設(shè)設(shè)備的公司。無(wú)論是城市道路、公路、鐵路、山路、河岸等伴埋電纜或管道，都可以使用馬萊的耕地、鋪設(shè)手扶式挖坑機(jī) 8 聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行快速施工。其鋪設(shè)速度 2km/h，可以實(shí)現(xiàn)正挖，側(cè)挖，低噪音，無(wú)揚(yáng)塵環(huán)保作業(yè)。它的挖坑機(jī)寬度窄，最大限度減小對(duì)交通的阻礙破壞。它的真空吸塵式挖坑機(jī)，可以邊耕地邊吸渣土和塵土，是城市環(huán)保型的先進(jìn)作業(yè)機(jī)器。圖 萊”公司生產(chǎn)的 9。 可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)挖坑機(jī)的研究，現(xiàn)在多數(shù)還局限在犁鏵、螺旋式挖坑機(jī)方面， 但是，這種設(shè)備不能切挖陡直窄深溝。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院耕作種植機(jī)械研究所了一種 1K（ 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)，不過(guò)未見(jiàn)其鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)傳動(dòng)機(jī)理及仿生的研究。并且，這種挖坑機(jī)鏈條和鏈輪齒的嚙合與非土壤介質(zhì)中的嚙合傳動(dòng)方式?jīng)]什么區(qū)別，仍然是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合傳動(dòng)方式。未能掌握了土壤介質(zhì)中鏈傳動(dòng)機(jī)理，未能表明考慮減少嚙合阻力的結(jié)構(gòu)框架，不能減少土壤介質(zhì)的移動(dòng)阻力，不能達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。國(guó)外挖坑機(jī)的研究，從掌握的資料上可以看出，鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)也只是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合方式。并且國(guó)外挖坑機(jī)械的生產(chǎn)已向更加多 樣化發(fā)展，但國(guó)外機(jī)械更趨向于專機(jī)專用，挖坑機(jī)械只用于耕地，當(dāng)機(jī)械不耕地時(shí)，機(jī)械只能閑置，而根據(jù)我國(guó)的具體國(guó)情，該機(jī)械不僅可用于耕地，并且能恢復(fù)拖拉機(jī)功能，保證通用性較好。 海底挖坑機(jī)的用途 目前，我國(guó)正處于海上油氣的起步階段，用于海底管線鋪設(shè)的水下開(kāi)淘施工機(jī)械亟待開(kāi)發(fā)?？v觀國(guó)外已有眾多族類的水下管線耕地施工機(jī)械設(shè)備，哪些機(jī)型技術(shù)水平先進(jìn)成熟，經(jīng)濟(jì)性能合理，更適合我國(guó)近海油氣開(kāi)發(fā)的具體國(guó)情，今后我國(guó)海底開(kāi)淘機(jī)械領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)方向如何確定等，都是值得深入研究和探討的。 海底管道挖坑機(jī)械是伴隨著海洋油 氣勘探和開(kāi)發(fā)，從陸地向海洋挺進(jìn)而出現(xiàn)的水下施工作業(yè)機(jī)械。由于世界各地具體海域的條件各異，在眾多族類的水下管線耕地埯工機(jī)械設(shè)備中，目前還沒(méi)有一種能夠在任何水深、管徑、海底土質(zhì)下都能經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行施工作業(yè)的萬(wàn)能型海底開(kāi)淘機(jī)械。 四十年代中期，墨西哥灣等地早期油氣開(kāi)發(fā)海域的水深一般較淺，故當(dāng)時(shí)的挖坑機(jī)械設(shè)備主要是為滿足于 30 50十年代以后，歐洲北海油氣資源的大規(guī)模開(kāi)采得以實(shí)施，特別是七十年代中期一批較大水深的海底管道極需鋪設(shè)，如 126m)、 153m)、 159m)和 田 (158m) 9 等，促使出現(xiàn)了用于 100m、 150m，乃至 300m 水深的水下耕地施工機(jī)械。到七十年代末期，為跨越北海的挪威海溝鋪設(shè)海底油氣管道，最大作業(yè)水深達(dá) 500m 的水下開(kāi)掏機(jī)也隨之誕生。 目前，在海底挖坑機(jī)族類中，土壤液化埋管設(shè)備的最大作業(yè)水深一般在 50力沖射挖坑機(jī)械則視所取排泥方式的不同可分別達(dá)到 50m、 75m、 150m、 180m 和 300m 等不同的量級(jí)雨使用較多的則是水深 100底管道耕地犁的設(shè)計(jì)作業(yè)水深一般在 150 250m 左右，盡管 90年代初開(kāi)發(fā)的海底管道犁已可達(dá)到 1000如的作業(yè)能力但實(shí)際應(yīng)用還是在 200m 左右。海底電纜耕地犁的作業(yè)水深則通常在 1000下機(jī)械挖坑機(jī)是現(xiàn)有機(jī)型中設(shè)計(jì)作業(yè)水深最大的機(jī)種，一般為 350 500m。如： 500m， 1978年 )、“熱心海貍”型 (350m， 1979年 )、 365m 1980 年 )和 350m， 1986 年 )。以 心海貍”型為倒， 1981至 1986 年間，共在 16項(xiàng)工程中開(kāi)挖各類口徑管 溝 中最大作業(yè)水深在 150項(xiàng)，占工程總數(shù)的 10。 式挖坑機(jī)的研究現(xiàn)狀 1999年楊有剛等分析了鏈刀前置式挖坑機(jī)的起步加速特性。根據(jù)力學(xué)原理，建立了挖坑機(jī)起步加速瞬間的運(yùn)動(dòng)方程，在獲得其前后輪接地載荷的基礎(chǔ)上，對(duì)挖坑機(jī)的穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了討論，為整機(jī)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)（楊有剛等， 1999。） 2001年天津工程機(jī)械研究院劉俊英對(duì)挖坑機(jī)鏟刀的耐磨合金堆焊工藝進(jìn)行了探討，針對(duì)普通鋼軋制的鏟刀耐磨性較差的缺點(diǎn)，提出采用表而強(qiáng)化的方法制造復(fù)合材質(zhì)的鏟刀。鏟刀基體 仍用熱軋件，而在其磨損部位的表而堆焊耐磨材料，強(qiáng)化后的堆焊鏟刀成本為未強(qiáng)化的 3其使用壽命是用戶自制的未強(qiáng)化鏟刀壽命的一巧倍，同時(shí)還可減少停機(jī)換刀的時(shí)間及人工費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益明顯（劉俊英， 2001。） 2001年劉長(zhǎng)榮等在現(xiàn)有挖坑機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，與 計(jì)出在狹小的葡萄園中開(kāi)出施肥溝的果園挖坑機(jī)，挖坑機(jī)由尾部操縱手柄通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)來(lái)控制工作部件的升降，操作靈活方便。并對(duì)挖坑機(jī)切土阻力及整機(jī)功耗進(jìn)行了分部計(jì)算（劉長(zhǎng)榮等， 2001。） 2004 年吉林大學(xué)王云超以美國(guó)凱斯公司生產(chǎn) 的鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)為研究對(duì)象忽略了刀片手扶式挖坑機(jī) 10 的影響，建立挖溝器的三維模型，運(yùn)用有限元及 出挖溝器的各階固有頻率以及在不同頻率沖擊力作用下對(duì)應(yīng)的挖溝器的位移和應(yīng)力響應(yīng)特性曲線（王云超， 2004。） 2004 年到 2005 年江創(chuàng)華等對(duì)履帶式挖坑機(jī)的關(guān)鍵部件傳動(dòng)軸進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，該種傳動(dòng)軸及工作裝置支承結(jié)構(gòu)，避免了軸既要傳遞轉(zhuǎn)矩，又要支撐工作裝置的重量，同時(shí)在計(jì)算臂架的強(qiáng)度時(shí)，考慮了機(jī)器轉(zhuǎn)彎給臂架帶來(lái)的附加應(yīng)力。與傳統(tǒng)工作裝置直接支撐在傳動(dòng)軸上相比，傳動(dòng)軸的直徑 減小 1/2，重量減少 1/3，制造成本約減小 1/2，是一種比較適合于大型軸類傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式（江創(chuàng)華和趙建輝， 2005）。 2005年劉迎春等設(shè)計(jì)了一種用于果園的鏈?zhǔn)绞┓释诳訖C(jī)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，導(dǎo)出了挖坑機(jī)工作狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)方程，獲得了挖坑機(jī)前后輪所受外力的數(shù)學(xué)表達(dá)式對(duì)其可能的縱向滑移、前傾和橫向傾翻條件進(jìn)行了討論，為挖坑機(jī)的總體設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)（劉迎春和楊有剛， 2005。） 2006年羅海峰在現(xiàn)有手扶拖拉機(jī)上設(shè)計(jì)一種挖坑機(jī)，單邊拋土距離達(dá)到 壤顆粒細(xì)碎，覆土厚度均勻，能滿足油菜、小麥、蔬菜等農(nóng)作物 機(jī)械化種植。通過(guò)對(duì)旋耕機(jī)的工作原理進(jìn)行理論分析，找出合理的旋耕拋土運(yùn)動(dòng)參數(shù)。對(duì)耕地刀在整個(gè)切、拋土過(guò)程中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析，找出耕地切、拋土的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為挖坑機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)（羅海峰， 2006）。 2006年房恩宏確定了能夠滿足耕地寬度為 80度達(dá) 2000析了部件的受力情況以及推導(dǎo)了挖坑機(jī)的整體功率消耗公式。此外，給出了計(jì)算鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的具體尺寸的步驟，結(jié)合裝配圖的繪制，進(jìn)行了相應(yīng)的部分結(jié)構(gòu)和尺寸的合理化調(diào)整。在設(shè)計(jì)完鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的整機(jī)框架以后，針對(duì)鏈條在土壤中的受力情 況，提出了具體的實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了課題設(shè)計(jì)的合理性 (房恩宏， 2006)。 2006盧峰提出一種新型刀式礦土復(fù)合型鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)此結(jié)構(gòu)方案的鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)的工作原理、總功率的確定等進(jìn)行了理論研究。深入剖析了鏈傳動(dòng)過(guò)程中鏈刀切削土壤的切削機(jī)理，并建立了土壤顆粒由切下、輸送到拋出的運(yùn)動(dòng)模型和所處不同狀態(tài)時(shí)速度計(jì)算公式，而且針對(duì)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)過(guò)程中鏈條的受力情況、受力計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的分析和推導(dǎo) (盧峰， 2006)。 11 論文研究意義 挖坑機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一，廣泛應(yīng)用于農(nóng)田水利建設(shè)、通訊 電纜及石油管線的鋪設(shè)、市政施工以及軍事工程的建設(shè)。挖坑機(jī)具有專用性強(qiáng)，設(shè)備投資少，可連續(xù)開(kāi)掘，工作效率高等特點(diǎn)，特別是對(duì)于窄而深的溝渠，挖坑機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。挖坑機(jī)尤其適應(yīng)于土質(zhì)較硬、施工場(chǎng)地狹小，人工無(wú)法開(kāi)挖而挖掘機(jī)等土方機(jī)械無(wú)法作業(yè)的地方。同時(shí)挖坑機(jī)的施工成本低于挖掘機(jī)等土方機(jī)機(jī)械的施工成本，甚至比人工施工還低而深受廣大施工單位的歡迎。 在國(guó)外，連續(xù)式挖坑機(jī)己經(jīng)使用的很普遍，地下公用設(shè)施施工都用專業(yè)挖坑機(jī)，很少使用單斗挖掘機(jī)。在我國(guó)除極少數(shù)的單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式挖坑機(jī)外，國(guó)產(chǎn)挖坑機(jī)投入使用的較少。隨著生 產(chǎn)建設(shè)全面啟動(dòng)，耕地施工工程的規(guī)模越來(lái)越大，如基礎(chǔ)建設(shè)施工耕地、光纜、電纜、管道鋪設(shè)等方面都面臨著巨大的耕地工作量。特別是在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，果樹(shù)施肥、農(nóng)田耕地、蔬菜園耕地，都是用工量很大的作業(yè)，我國(guó)幾乎都用人工完成。果園、農(nóng)田等的地表不平整，有雜草、樹(shù)枝及石塊等，地下有樹(shù)根，耕地條件比較惡劣，一般挖坑機(jī)難以適應(yīng)。因此研制適合我國(guó)土壤情況的耕地設(shè)備，對(duì)提高耕地的效率、減少人力和物力資源的浪費(fèi)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有重要意義。 據(jù)相關(guān)農(nóng)藝要求，所研制的挖坑機(jī)必須滿足的技術(shù)指標(biāo)為 :純小時(shí)生產(chǎn)效率不低于80m/h;開(kāi)挖深度 大于 30度 30寬和溝深可調(diào) :配套柴油機(jī)動(dòng)力至馬力 :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。 挖坑機(jī)的耕地裝置是其關(guān)鍵部件，而刀片是影響耕地質(zhì)量、功耗和振動(dòng)等的重要因素，因此有必要對(duì)耕地裝置及刀片結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究分析。本文以耕地裝置為研究對(duì)象，以功耗低、適應(yīng)性強(qiáng)和可操作性好為目標(biāo)，為研究一種適用于開(kāi)挖窄兒深的地下溝槽，埋設(shè)在地下排水管道或鐵道，郵電，城建等部門(mén)用于埋設(shè)電纜于管道等要求的鏈刀式挖坑機(jī)指出依據(jù) . 2 鏈傳動(dòng)概述及鏈刀式挖坑機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論 傳動(dòng)概述 手扶式挖坑機(jī) 12 鏈傳動(dòng)是一種用鏈條做中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，它由主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪和繞在兩輪上的一條閉合鏈條所組成 11見(jiàn)圖 2靠鏈條與鏈輪之間的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。與帶傳動(dòng)比較，鏈傳動(dòng)有結(jié)構(gòu)緊湊，作用在軸上的載荷小承載能力較大，效率較高（一般可達(dá) 96 97），能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)。工作時(shí)有振動(dòng)和沖擊，瞬時(shí)速度不均勻等現(xiàn)象。鏈傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于在農(nóng)業(yè)、礦山、冶金、建筑、起重、運(yùn)輸、石油、化工、紡織等機(jī)械設(shè)備中被廣泛運(yùn)用。 圖 2傳動(dòng)組成圖 鏈傳動(dòng)適用于兩軸相距較遠(yuǎn)，要求平均傳動(dòng)比不變，但對(duì)瞬 時(shí)傳動(dòng)比要求不嚴(yán)格，工作環(huán)境惡劣（多油、多塵、高溫）等場(chǎng)合。 傳動(dòng)基本原理 在一般機(jī)械傳動(dòng)中，鏈傳動(dòng)是在兩個(gè)或多于兩個(gè)鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動(dòng)。按工作性質(zhì)的不同，鏈有傳動(dòng)鏈、起重鏈和曳引鏈三種。傳動(dòng)鏈主要用來(lái)傳遞動(dòng)力，通常都在中等速度（ v 20m/s）下工作，鏈傳動(dòng)又可以分為滾子鏈、套筒鏈、齒形鏈和成型鏈。起重鏈主要用在起重機(jī)械中提升重物，其工作速度不大于 s。曳引鏈主要用在 運(yùn)輸機(jī)械中移動(dòng)重物，其工作速度不大于 2s。鏈傳動(dòng)在傳遞功率、速度、傳動(dòng)比、中心距等方面都有很廣的應(yīng)用范圍。目前，最大傳遞功率達(dá) 5000高速度達(dá)到 40m/s，最大傳動(dòng)比達(dá)到 15，最大中心距達(dá)到 8m。由于經(jīng)濟(jì)及 13 其它原因，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)功率一般小于 100度小于 12 15m/s，傳動(dòng)比小于 811。 鏈條是由若干組件（或元件）以鉸鏈副的形式串接起來(lái)的撓性件，如圖 2 圖 2 鏈條 傳動(dòng)的特點(diǎn) 鏈傳動(dòng)是一種具有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。它兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳 動(dòng)的一些特點(diǎn)?，F(xiàn)通過(guò)與齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)做比較，具體介紹一下鏈傳動(dòng)的特點(diǎn) 12。 1、鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比較 （ 1）鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率較高 鏈傳動(dòng)沒(méi)有彈性滑動(dòng)和打滑，因此與帶傳動(dòng)相比 ,鏈傳動(dòng)能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)和較高的機(jī)械效率。對(duì)要求轉(zhuǎn)速恒定的兩軸傳動(dòng)和多軸傳動(dòng)，采用鏈傳動(dòng)更為適宜。 （ 2）效率較高， = （ 3）鏈條對(duì)軸的作用力較小 鏈傳動(dòng)的預(yù)緊力比帶傳動(dòng)小得多，因此減輕了施加在軸和軸承上的壓力，減少了軸承的摩擦損失。在低速時(shí)，鏈傳動(dòng)的這一優(yōu)點(diǎn)更為突出。 （ 4）鏈傳動(dòng)的尺寸較緊湊 手扶式挖坑機(jī) 14 在傳遞相 同功率的情況下，鏈條比常用的膠帶要窄些，鏈輪直徑也比帶輪小些，所以鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸要比帶傳動(dòng)緊湊。 （ 5）結(jié)構(gòu)尺寸比較緊湊 （ 6）鏈條裝拆比較方便 鏈條可以在連接鏈節(jié)處拆開(kāi)，容易安裝和拆卸。而膠帶一般均是制成無(wú)端的，它要越過(guò)皮帶輪邊緣才能套進(jìn)去，安裝比較困難。特別當(dāng)帶輪位于軸承之間更是如此。 （ 7）鏈傳動(dòng)能在較大傳動(dòng)比和較小中心距下工作 鏈傳動(dòng)允許鏈條在鏈輪上的包角可小一些，因此鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍比帶傳動(dòng)大一些，也更能在較小的中心距下工作。 （ 8）鏈傳動(dòng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng) 鏈條由金屬制成，能在惡劣的環(huán)境條件 下工作，諸如在高溫、油污、粉塵和泥沙等場(chǎng)合，鏈傳動(dòng)遠(yuǎn)比帶傳動(dòng)更為適用。 （ 9）鏈條的磨損伸長(zhǎng)比較緩慢，張緊調(diào)節(jié)量較小 鏈條工作期間的磨損伸長(zhǎng)比膠帶拉伸變形伸長(zhǎng)緩慢并且極限伸長(zhǎng)量可以設(shè)法控制在一個(gè)節(jié)距范圍內(nèi)，因此不必像帶傳動(dòng)那樣要求頻繁地調(diào)整中心距。在設(shè)計(jì)張緊裝置時(shí)，鏈傳動(dòng)要求的調(diào)節(jié)量也較小。 （ 10）由于不需要很大的張緊力，所以作用在軸上的載荷較?。?（ 11）鏈傳動(dòng)在可燃?xì)夥障鹿ぷ靼踩煽?當(dāng)在可燃?xì)夥障鹿ぷ鲿r(shí)，鏈傳動(dòng)不像帶傳動(dòng)那樣有膠帶打滑發(fā)熱和帶與輪間摩擦生電的現(xiàn)象，所以不會(huì)有引起燃燒的危險(xiǎn)。 只有當(dāng)要 求噪聲小，不準(zhǔn)有潤(rùn)滑油、中心距很長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速極高時(shí)，鏈傳動(dòng)的使用性能不如帶傳動(dòng) . 2、鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)比較 （ 1）鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求低，成本較小 這是因?yàn)殒渹鲃?dòng)是一種只有中間撓性件的非共軛嚙合傳動(dòng)，鏈輪的齒形可以有較大的靈活性。鏈輪的加工與安裝精度，鏈傳動(dòng)的中心距都較齒輪傳動(dòng) 改變其技術(shù)參數(shù)（如傳動(dòng)比、中心距等）也比較容易實(shí)現(xiàn)。在安裝與維修方面更為簡(jiǎn)單，尤其是在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)中，有著齒輪傳動(dòng)無(wú)法具備的簡(jiǎn)單和輕便。 15 （ 2）鏈輪齒受力較小、強(qiáng)度較高、磨損也較輕 通常鏈輪有較多的齒同時(shí)與鏈條 嚙合，接觸位置接近齒根并且齒槽圓弧大，齒根應(yīng)力集中小，而直齒圓柱齒輪傳動(dòng)一般只有 1 2 對(duì)齒接觸。因此，鏈輪的承載能力比齒輪大，齒面磨損也比齒輪的齒面輕一些。 （ 3）鏈傳動(dòng)有較好的緩沖、吸振性能 由于鏈條具有一定的彈性，再加上鏈條的每個(gè)鉸鏈內(nèi)部均能貯存潤(rùn)滑油，因此它與只有 1 2 對(duì)剛性很大的齒嚙合的齒輪傳動(dòng)相比，有較好的緩沖和吸振能力 . 只有當(dāng)受空間限制要求中心距??；瞬時(shí)傳動(dòng)比要求恒定；傳動(dòng)比大；轉(zhuǎn)速極高；噪聲要求小時(shí)，鏈傳動(dòng)的使用性能才不如齒輪。 3鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn) （ 1）不能保證恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比； （ 2）只能用于平行軸間同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)； （ 3）不適宜在載荷變化很大和急促反向的傳動(dòng)中應(yīng)用； （ 4）工作時(shí)存在噪聲； （ 5）制造費(fèi)用比帶傳動(dòng)高； （ 6）磨損鏈節(jié)伸長(zhǎng)后運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，易跳齒。 由以上比較可以看出，鏈傳動(dòng)的適用范圍很廣。一般說(shuō)來(lái)，適用于大中心距、多軸、傳動(dòng)比要求精確的傳動(dòng)，環(huán)境惡劣的傳動(dòng)，沖擊和振動(dòng)大的傳動(dòng)，大載荷的低速傳動(dòng)，潤(rùn)滑良好的高速傳動(dòng)等都可成功地采用鏈傳動(dòng)。 傳動(dòng)的應(yīng)用 鏈條最早的應(yīng)用可追溯到夏商年代，即三千多年以前。今天，隨著現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)，鏈條工業(yè)正在提供多種多樣的鏈條產(chǎn)品 以滿足各方面的需要，鏈條也越來(lái)越多的應(yīng)用在各種各樣的機(jī)械設(shè)備中，主要有： 一般叉車均用兩掛鏈條提升貨物。由于鏈條的鏈節(jié)可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，不存在附加彎曲應(yīng)力，因此鏈輪直徑可以設(shè)計(jì)得較小，鏈條的使用壽命也較長(zhǎng)。 手扶式挖坑機(jī) 16 摩托車與自行車都采用鏈條來(lái)傳動(dòng)。這一傳動(dòng)特點(diǎn)是：中心距長(zhǎng)，速度變化頻繁，要求寬度窄、重量輕、尺寸緊湊、使用可靠。顯然采用鏈傳動(dòng)是最合適的。 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與凸輪的傳動(dòng)要求配氣與點(diǎn)火時(shí)間準(zhǔn)確，必須保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。由于鏈傳動(dòng)有良好的同步性，因此對(duì)于曲軸和凸輪間距離 較大的內(nèi)燃機(jī)，多采用正時(shí)鏈傳動(dòng)。 石油鉆機(jī)上大量采用鏈傳動(dòng)，一般使用多排滾子鏈傳動(dòng)，它工作可靠，排除故障速度快，能夠滿足鉆機(jī)工作要求。 它的使用環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常啟動(dòng)與停車，使鏈條受到頻繁的沖擊載荷。一般采用大節(jié)距的彎板滾子鏈。而且結(jié)構(gòu)緊湊，使用非常可靠。 在各種農(nóng)業(yè)機(jī)械上，使用了大量的鏈條。 油鋸鏈?zhǔn)且环N帶有刀刃的特殊鏈條，它除了傳遞動(dòng)力外，本身還是截?cái)嗄绢^的鋸條。因此，它可使伐木鋸結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，使用方便。 傳動(dòng) 的失效分析 由于設(shè)計(jì)、制造、使用等方面的差異，鏈條與鏈輪的失效形式是多種多樣的。不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，可以分成兩種情況：一種是正常失效，鏈條與鏈輪達(dá)到了預(yù)期的正常使用壽命；另一種是非正常失效，即未達(dá)到預(yù)期的正常使用壽命就早期損壞報(bào)廢。以下敘述了鏈傳動(dòng)的失效形式： 1鏈條元件的疲勞破壞 鏈板的疲勞損壞，在中低速的閉式鏈傳動(dòng)中，鏈板的疲勞斷裂比較常見(jiàn)。鏈板在變載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)就會(huì)在板孔兩側(cè)的應(yīng)力集中區(qū)發(fā)生疲勞破壞。鏈條元件的疲勞強(qiáng)度是決定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素。 2鏈條鉸鏈的磨損 鏈傳動(dòng)工作時(shí)，滾子 套筒的沖擊疲勞損壞。鏈條在與輪齒的嚙入過(guò)程中，由于多邊 17 形效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由嚙入沖擊引起的動(dòng)載荷。在滾子鏈中，嚙入沖擊首先由滾子承受，再?gòu)臐L子傳遞給套筒、銷軸，以及鏈板。這樣，滾子和套筒就受到反復(fù)多次的沖擊載荷，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)就會(huì)發(fā)生小能量沖擊疲勞破壞。由于沖擊能量和速度的平方成正比，所以在中、高速閉式鏈傳動(dòng)中，這種失效形式就比較常見(jiàn)。 3 銷軸與套筒的膠合 鏈條鉸鏈在向輪齒的嚙入過(guò)程中，組成鉸鏈副的銷軸與套筒產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并以沖擊方式與輪齒嚙合。當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)速升高到一定數(shù)值以上時(shí)，鉸鏈的摩擦表面會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱 產(chǎn)生膠合現(xiàn)象。膠合是一種焊合現(xiàn)象，一旦發(fā)生，則當(dāng)相鄰鏈節(jié)欲作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輕則使鉸鏈摩擦表面擦傷，重則或者使銷軸扭斷或者使銷軸或套筒被強(qiáng)制在板孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鏈條迅速破壞。 4 鏈條的磨損 滾子鏈的各元件在工作過(guò)程中都會(huì)發(fā)生磨損破壞，最常見(jiàn)的磨損是指發(fā)生在銷軸和套筒承壓表面的磨損。 5 鏈條的靜強(qiáng)度破斷 低速重載的鏈條當(dāng)過(guò)載時(shí)，易發(fā)生靜強(qiáng)度破斷；磨損了的鏈條當(dāng)在鏈輪上發(fā)生爬高和跳齒時(shí)，也易引起靜強(qiáng)度破斷。 6 鏈條的多沖破壞 反復(fù)起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)和重復(fù)沖擊工作的鏈條，其組成元件易發(fā)生大能量低周期沖擊疲勞破壞。 7 鏈輪齒的磨損、塑性變形和斷裂 由于潤(rùn)滑不良，特別在開(kāi)式傳動(dòng)中，輪齒會(huì)發(fā)生較大的磨損。 8 鏈傳動(dòng)的非正常失效 由于鏈條制造質(zhì)量差、安裝精度低、使用不當(dāng)以及結(jié)構(gòu)方面等原因，會(huì)產(chǎn)生眾多的不正常的失效形式，大大縮短了鏈條的使用壽命。 坑機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論 挖坑機(jī)屬于土壤挖掘機(jī)械，耕地鏈在工作時(shí)的工作環(huán)境是土壤，這就要求在鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)設(shè)計(jì)之前要對(duì)土壤學(xué)和土壤力學(xué)等相關(guān)學(xué)科做必要的理論準(zhǔn)備。 手扶式挖坑機(jī) 18 壤的主要物理力學(xué)性質(zhì) 土壤由固體、液體和氣體組成（稱為土壤的固相、液相和氣相）。 固相部分包括粗細(xì)不同的礦物質(zhì)顆粒和與它緊密結(jié)合的有機(jī)質(zhì)。在固體顆粒之間的孔隙中，充有水和空氣。礦物質(zhì)一般占土壤固相部分質(zhì)量的 95%，它支撐著生長(zhǎng)在土壤中的作物。土壤的機(jī)械組成通常指直徑 3下的細(xì)小顆粒，按直徑大小分為砂粒、粉粒和粘粒。隨著所含砂粒、粉粒和粘粒成分的不同，土壤具有不同的物理性質(zhì)。土壤中含粘粒成份越大，則土粒之間的凝聚力越大，耕作時(shí)土壤不易破碎，犁耕的阻力也較小 13。土壤耕作機(jī)械的選用、設(shè)計(jì)和研究與土壤的物理力學(xué)性質(zhì)有著十分密切的關(guān)系。下面對(duì)土壤的幾個(gè)重要的物理力學(xué)性質(zhì)做以簡(jiǎn)要介紹與分析 。 1容重 在自然狀態(tài)下，土壤的單位體積質(zhì)量即為容重。一般表示為 g = g / 式中： q 為土壤質(zhì)量重； V 為土壤體積。 土壤的容重與土壤內(nèi)的孔隙度和固體顆粒密度有關(guān)?？紫抖仍酱?，則容重越小。當(dāng)土壤容重為 1 g / 時(shí)，最利于開(kāi)挖 14。 2濕度 在降雨或灌溉之后，耕作層內(nèi)的水有一部分在重力作用下，沿著土壤中大的孔隙或裂縫向下滲透，另一部分則在土粒的吸附作用和毛細(xì)管作用下，保持在耕層之內(nèi)。土壤能保持的最大含水量稱為“田間持水量”，用相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度表示。土 壤的濕度對(duì)開(kāi)挖質(zhì)量和牽引阻力有很大影響。土壤過(guò)于堅(jiān)硬，阻力大；如果過(guò)于潮濕，土垡不易破碎。 3堅(jiān)實(shí)度 當(dāng)壓實(shí)非密實(shí)土壤時(shí)，使其壓痕為 1 2所需的力稱為單位壓實(shí)力 )/( 30 以一定斷面形狀（圓形、錐形等）的柱塞壓入土壤，其壓陷深度為0用在土壤上的平均壓力稱為土壤的堅(jiān)實(shí)度0p，則有 )/( 2000 土壤堅(jiān)實(shí)度同土壤的質(zhì)地和含水量有密切關(guān)系。堅(jiān)實(shí)度越 大，土壤承受能力及開(kāi)挖阻力越大。 19 4內(nèi)摩擦力和外摩擦力 在土壤內(nèi)部，土粒與土粒之間的摩擦力稱內(nèi)摩擦力，一般與土粒間的接觸面形狀、作用在接觸面上的正壓力和土壤濕度有關(guān)。土壤沿著工作部件表面滑動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的摩擦力稱外摩擦力。當(dāng)外摩擦力大于內(nèi)摩擦力和附著力時(shí)，工作部件的表面就要粘土。因此，在設(shè)計(jì)挖坑機(jī)械時(shí)，應(yīng)盡量減少外摩擦力。 5土壤的抗剪強(qiáng)度 在外力作用下，土壤會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移，阻止這種相對(duì)位移的土壤內(nèi)部阻力稱為土壤的抗剪強(qiáng)度。大量試驗(yàn)表明，當(dāng)土壤破壞時(shí)，正應(yīng)力 和剪 應(yīng)力之間存在著線性關(guān)系，有 。式中： C 為土壤的凝聚力，i為土壤的內(nèi)摩。擦角抗剪強(qiáng)度在很大程度上決定著開(kāi)挖質(zhì)量和能量的消耗，與土壤顆粒的大小、分布、土壤密度和濕度有很大關(guān)系。因而其在挖坑機(jī)械的設(shè)計(jì)中也是一個(gè)較為重要的參數(shù) 14。 壤工作部件力學(xué) 土壤工作部件力學(xué)研究的目的是：定量地描述工作部件對(duì)土壤的作用，這種力學(xué)有三個(gè)發(fā)展階段 14： 用是反復(fù)的對(duì)之進(jìn)行觀察和記錄。 別了 作用而且觀察了特定的反作用，現(xiàn)在正處于此階段。有關(guān)土壤工作部件力學(xué)的文獻(xiàn)都是用于定性階段。 于發(fā)展工作部件力學(xué)原理的一致性原理，在表達(dá)一種現(xiàn)象的時(shí)候，同時(shí)讓考察的各量應(yīng)當(dāng)有一致的明確程度。這一原理的應(yīng)用，可防止過(guò)分地發(fā)展無(wú)用的次性能方程和隨之而來(lái)的復(fù)雜性。采用精確的性能方程定量地描述開(kāi)挖作用的程度，需要一種完整的土壤與工作部件力學(xué)。適用于土壤工作部件力學(xué)的性能方程是少數(shù)的，且其定量評(píng)價(jià)也不是總能得到的，限制力學(xué)發(fā)展的是缺乏表達(dá)性能的基本方程式，完全力學(xué)可描述一種理想的土壤工作部件力學(xué)，對(duì)作用 可能有影響的所有簡(jiǎn)單性能都包括在這個(gè)總的力學(xué)中。然而，由于每個(gè)性能并不是總起作用的，一種性能的出現(xiàn)與消失難于察覺(jué)和估計(jì)，因而出現(xiàn)了一種建立在單一性能方程基礎(chǔ)的局部力學(xué)，它可在土壤動(dòng)力學(xué)中解決特殊問(wèn)題，在完全力學(xué)最終發(fā)展起來(lái)之前，只可能發(fā)展局部土壤工作部件力學(xué)，局部力學(xué)與完全力學(xué)的差別之一，完全力學(xué)適用于工作部件對(duì)土壤進(jìn)行作業(yè)的一切可以想手扶式挖坑機(jī) 20 象到的情況不受限制，而局部力學(xué)將受到一些限制，應(yīng)用局部力學(xué)可能解釋觀察到的開(kāi)挖作用。傾斜工作部件是在應(yīng)用局部力學(xué)分析的一個(gè)工作部件，在分析這一簡(jiǎn)化部件的作用時(shí)，應(yīng)用了描述開(kāi)挖 作用的四個(gè)性能方程 15： （ 1）土壤與金屬的摩擦 （ 2）剪切失效 （ 3）每個(gè)土塊的加速力 （ 4）切削阻力 在具體分析開(kāi)挖作用時(shí)，首先給出了土塊的受力狀態(tài)，給出了傾斜工作部件與土壤之間的摩擦力，從而應(yīng)用了第一個(gè)性能方程。在確定剪切面與最大主應(yīng)力之間夾角時(shí)，應(yīng)用分析剪切失效的摩爾圓，從而應(yīng)用了第二個(gè)性能。通過(guò)加速度分析得出了引起加速度的速度，計(jì)算出加速度，從而得到了每個(gè)土塊的加速力應(yīng)用了第三個(gè)性能。土壤的純切削阻力是小的，只有土塊中有石頭或殘根或開(kāi)挖部件刃口變鈍時(shí)，切削阻力才顯重要，不存在上述情況時(shí)，在總阻 力中忽略切削阻力，從而考慮了第四個(gè)性能力程 15。 結(jié)切割過(guò)程的分土壤切削阻力分析 切削邊以一定的壓力接觸土壤，使土壤受到擠壓和剪切，當(dāng)壓力繼續(xù)增大，土壤原始結(jié)構(gòu)遭到破壞，土塊被切斷，這是刀具切土壤時(shí)所共有的現(xiàn)象。顯然，切削刃在切削土壤中運(yùn)動(dòng)時(shí)，遇到的阻力來(lái)自三個(gè)方面：一 是土壤原始結(jié)構(gòu)遭到破壞的阻力；二 是土壤的內(nèi)摩擦阻力；三 是土壤與切削刃邊的摩擦阻力。其中前二項(xiàng)之和稱為切削阻力。但是，這三項(xiàng)阻力是同時(shí)存在的，很難區(qū)分開(kāi)來(lái)，所以在計(jì)算時(shí)，將第三項(xiàng)阻力也包括在內(nèi)。因此，切削阻力就是在切土過(guò)程 中，土壤作用在切削裝置上的反力。耕地過(guò)程中，切割齒在土壤中連續(xù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割，被切割下來(lái)的土壤，其中一部分在切割刃前面形成土堆，被切割齒帶著向前移動(dòng)。一部分土壤在擠壓力的作用下越過(guò)切割刃前面的土堆進(jìn)入杯形切割齒內(nèi)。由此可見(jiàn)，在挖掘過(guò)程中切割齒除了遇到切削阻力外，還會(huì)遇到土壤進(jìn)入杯形切割齒內(nèi)的阻力及帶動(dòng)土堆的阻力，后二項(xiàng)合稱為裝土阻力。切削阻力與裝土阻力之和稱為挖掘總阻力。 21 3 鏈刀式挖坑機(jī)工作部件的設(shè)計(jì) 挖坑機(jī)的工作原理 鏈刀式挖坑機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 動(dòng)、切割、清溝、運(yùn)土等部分組成 。動(dòng)力有 200刀挖坑機(jī)工作部件的耕地寬度和深度，根據(jù)工作要求可以調(diào)節(jié)。對(duì)不同土壤有較強(qiáng)的適應(yīng)性，用途比較廣泛。 1 牽引用拖拉機(jī) 2 耕地鏈 3 減速裝置 4 挖坑機(jī)懸臂 5 排土輪 圖 3鏈刀式挖坑機(jī) 挖坑機(jī)是一種連續(xù)式挖掘設(shè)備，根據(jù)行走裝置不同可分為輪胎式和履帶式。根據(jù)工作裝置的不同，可分為鏈齒式和輪斗式兩大類。另外，由于耕地的深度和寬度不同，品種較多。按排土方式分為地面直排土、膠帶輸送機(jī)排土。地面直排土一般用于小型挖坑機(jī)，膠帶排土一般用于大型挖坑機(jī)按挖坑機(jī)刀型分為鏈斗式、鏈 鏟式、鏈齒式、圓盤(pán)銑切式、輪斗式和輪齒式等多種形式 16。 主動(dòng)鏈輪的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力由拖拉機(jī)輸出軸輸入變速箱，經(jīng)變速箱降速增扭之后傳遞給主動(dòng)鏈輪。變速箱固定在支架上，拖拉機(jī)尾軸與變速箱之間以萬(wàn)向節(jié)連接，變速箱固定在拖拉機(jī)尾部。工作時(shí)，拖拉機(jī)以速度 過(guò)控制拖拉機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速和變速箱，手扶式挖坑機(jī) 22 帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪，使耕地鏈條以線速度 坑機(jī)工作臂內(nèi)有液壓張緊缸，在新型耕地鏈條伸張時(shí)，可以張緊鏈條。 參照傳統(tǒng)的挖坑機(jī)，對(duì)鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)其基本結(jié)構(gòu)研究可以對(duì)其分為四大部分：工作部件；動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；機(jī)身和安全 裝置等 16。 （ 1）工作部件：工作部件包括完成主要工作的主動(dòng)型工作部件和完成輔助工作的從動(dòng)型工作部件。主動(dòng)型工作部件是以特種鏈條帶動(dòng)的切削刀片。鏈條帶動(dòng)刀片做往復(fù)運(yùn)動(dòng)繼而進(jìn)行挖土工作。 （ 2）動(dòng)力傳動(dòng)部件：機(jī)械式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括萬(wàn)向傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)兩部分，其動(dòng)力來(lái)自拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸。萬(wàn)向傳動(dòng)是通過(guò)帶有空間可變角度的成對(duì)使用的萬(wàn)向節(jié)傳遞動(dòng)力，適用于可變軸線位置的傳動(dòng)，它連接在拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸和挖坑機(jī)的減速箱之間。齒輪傳動(dòng)是一級(jí)或兩級(jí)以上的減速裝置，用于成倍地降低動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速并改變動(dòng)力傳遞方向，最終 將動(dòng)力傳遞給挖坑機(jī)鏈輪并帶動(dòng)耕地鏈進(jìn)行耕地工作。 （ 3）機(jī)身： 包括機(jī)架和成型器。機(jī)架是挖坑機(jī)的骨架；所有部件均連接在機(jī)架上。目前我國(guó)旋轉(zhuǎn)挖坑機(jī)多采用平行梁架，用鋼管或槽鋼焊合而成。成型器位于機(jī)架的尾部，工作時(shí)起穩(wěn)定作用，并可刮出溝底和溝壁，保持溝型整齊、干凈。 （ 4）安全裝置：安全裝置的作用是防止旋轉(zhuǎn)挖坑機(jī)過(guò)載（或過(guò)載時(shí)的保護(hù)措施），保護(hù)拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸和挖坑機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。使用最多的是摩擦片式安全離合器，一般安裝在挖坑機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入端。此外，變速箱設(shè)計(jì)有一個(gè)倒速檔位，可以在過(guò)載卡住鏈條時(shí)，倒速運(yùn)轉(zhuǎn)，退 出卡在重土壤中的鏈條。 鏈?zhǔn)酵诳訖C(jī)由普通拖拉機(jī)提供動(dòng)力，主要由變速器，工作臂梁架，耕地器，液壓升降部件和分土器等部分組成。挖坑機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力由拖拉機(jī)后輸出軸輸出至變速器，經(jīng)過(guò)變速傳遞給耕地部分，工作臂通過(guò)液壓系統(tǒng)控制使其后傾一定角度，置于其上的耕地鏈與土壤作用，在機(jī)組前進(jìn)的同時(shí)，耕地鏈斜向下伸出切土，繼而開(kāi)出斜溝，耕地同時(shí)，利用耕地鏈將沙土帶出溝，并由分土器將沙土攤開(kāi)于溝沿兩側(cè)。處于工作狀態(tài)的挖坑機(jī)示意圖如圖 3地鏈工作時(shí)后置前傾一個(gè)角度，耕地時(shí)，在機(jī)組前進(jìn)的同時(shí)，耕地鏈條等工作部件旋轉(zhuǎn) ,斜向下伸出切 土 ,逐漸開(kāi)出一段斜溝，同時(shí)將沙土帶出溝，并由分土器將沙土推開(kāi)。 23 圖 3坑機(jī)示意圖 式挖坑機(jī)的特點(diǎn) （ 1） 工作效率高。挖坑機(jī)屬連續(xù)挖掘工作裝置，集挖掘和排土于一體而挖掘機(jī)屬于半連續(xù)挖掘工作裝置，其輔助作業(yè)時(shí)間多，如旋轉(zhuǎn)卸土、再旋轉(zhuǎn)歸位。所以挖坑機(jī)的挖溝速度與挖掘機(jī)相比，工效可以提高 3 5 倍，尤其對(duì)挖掘窄深溝槽，效果更為明顯。 （ 2） 超挖量小。使用挖掘機(jī)挖溝，超挖量大，溝的橫截面呈倒三角形。溝的邊緣不整齊，施工時(shí)不僅挖掘量大，回填量也大。而專用挖溝機(jī)則可以根據(jù)不同管道直徑選擇不同寬度 的裝置，溝的橫截面呈矩形。并且挖掘量和回填量都恰到好處據(jù)統(tǒng)計(jì)，二者相比，取土量后者少，總的施工成本可大大節(jié)約。 （ 3） 工作速度快，提高工期完成速度。以光纜鋪設(shè)為例，用來(lái)鋪設(shè) 1 2 在人工挖掘約 50 2 人每天最多可挖 15 m 長(zhǎng)。利用本項(xiàng)目成果的光纜鋪設(shè)裝置，每小時(shí)可開(kāi)挖 8 2 00 m。每天按 8 小時(shí)計(jì)算，提高挖掘工效 100 多倍。并且可挖重土壤，如巖石等。 （ 4）對(duì)于較硬地面，挖坑機(jī)可以直接作業(yè)，不需要爆破松動(dòng)。 作部件基本參數(shù)的選 擇 工作部件基本參數(shù)的選擇如圖 3于動(dòng)力載荷作用在鏈刀上以及切削土壤手扶式挖坑機(jī) 24 磨損因素的結(jié)果，使其工作鏈刀的速度受到一定的限制。對(duì)于礦物質(zhì)土壤工作時(shí)，鏈刀速度 2m/s17。 圖 3向挖坑機(jī)工作部件基本參數(shù)和切削土壤狀態(tài)圖 鏈刀工作部件水平移動(dòng)的工作速度 y (3 式中： 理論生產(chǎn)率 B 溝寬（ m） H 溝深（ m） 鏈刀運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度 c o （ m/s） (3中： 鏈刀速度 (m/s) 鏈刀工作部件水平移動(dòng)的工作速度（ m/s） 25 s 工作鏈刀對(duì)水平面的傾角，一般取 48 65 ，此角影響鏈刀之間土壤的充滿程 度。 鏈刀絕對(duì)速度向量的傾角 按下式計(jì)算： V V c os s n（ 3 鏈刀高度 若增加鏈刀高度，則鏈刀遇到障礙時(shí)，鏈?zhǔn)焦ぷ鞑考锏呢?fù)荷就會(huì)增加。 刀片節(jié)距片切削厚度 ： )s (3挖坑機(jī)運(yùn)動(dòng)速度與鏈刀的切削厚度的協(xié)應(yīng)關(guān)系如圖 3根據(jù)該圖，可以得出二者的關(guān)系如下： 11 0 0 0s 3 圖 3坑機(jī)作業(yè)速度與切削厚度的協(xié)應(yīng) c a nc V 由于實(shí)際耕地過(guò)程中， V ，所以上式可以簡(jiǎn)化為： ，則可知： 2。即 、 近似互余。 當(dāng)在合理切削土壤的條件下可采用下式： 手扶式挖坑機(jī) 26 )(1510 mb c(3式中： 刀片節(jié)距（ m） 刀片厚度（ m） 對(duì)于 是暗渠的溝寬 B。 作部件的切削厚度c： 99 )1( Z （ m） (3對(duì)于預(yù)選的刮刀高度和節(jié)距應(yīng)當(dāng)驗(yàn)算其輸送能力，正確的選擇鏈刀高ch、 (3 式中： 給定的生產(chǎn)率（ )/3 鏈刀式工作部件按排出能力計(jì)算的生產(chǎn)率（ )/3 土壤松散系數(shù) 與鏈條運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的散開(kāi)系數(shù)。見(jiàn)表 3 表 3土壤散開(kāi)系數(shù) )/( 于土壤散開(kāi)系數(shù)和鏈刀的運(yùn)動(dòng)速度有直接關(guān)系，所以需要對(duì)鏈刀的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行研究。耕地時(shí)，刀鏈?zhǔn)艿絼?dòng)力的驅(qū)動(dòng)和土壤阻力的作用，刀刃和鏈節(jié)軸承將發(fā)生磨損和曠動(dòng)，為了保證作業(yè)質(zhì)量和避免過(guò)分的振動(dòng)，對(duì)刀鏈的運(yùn)動(dòng)速度須作一定的限制。根據(jù)試驗(yàn)，前蘇聯(lián)學(xué)者推薦的刀鏈線速度 v c 值為：沙性土 1 2m/s;泥炭土 3 4m/s18。本課題中取鏈刀運(yùn)動(dòng)速度為 s，則相應(yīng)的土壤散開(kāi)系數(shù)為 27 對(duì)于鏈刀的排土能力的計(jì)算生產(chǎn)率， 可以通過(guò)鏈條水平傾角與土壤的自然休止角進(jìn)行比較得出：其比較原理如下： 當(dāng) 時(shí)， )t 213 6 0 0 （ )/3 (3當(dāng) 時(shí)，ct )(3 6 0 0 ( )/3 (3當(dāng) （ )/3 (3式中： 鏈刀高度（ m） 松散土壤的自然休止角 刀片節(jié)距（ m） 刀片寬度（ m） 鏈刀速度（ m/s） 對(duì)于土壤的自然休止角，是土壤自然條件下，不滑坡的最大傾斜角度，實(shí)際土壤試驗(yàn)中可以利用休止角測(cè)定儀進(jìn)行土壤休止角的測(cè)量，本文根據(jù)實(shí)際耕地情況，重壤土的休止角為 3