机械毕业设计1WX90型植树挖穴机设计挖坑机

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010精品资料目 录1 引言 .11.1 本课题的设计意义 .11.2 国内（外）发展概况及现状 .11.3 课题由来及设计条件 .21.4 课题设计思路 .32 总体方案设计 .32.1 整机构介绍 .32.2 作业 原理 .32.3 挖穴机与拖拉机的联接 .42.4 挖穴机的动力部分 .42.4.1 功率及挖坑幅度计算 .52.5 挖坑机主要技 术规格和基本技术参数 .63 部件设计 .73.1 螺旋叶的设 计 .73.1.1 钻头的设计 .73.1.2 双螺旋叶片 的设计 .74 设计计算 .84.1 动力分配 计算 .84.2 万向联轴器的选用计算 .84.2.1 万向节总成 .84.3 齿轮轴 .84.4 轴承的选 用与计算 .105 主要零件强度 计算 .125.1 齿轮的校核 计算 .125.2 主轴的校核 计算 .156 挖坑机 使用和使用中 的注意事项 .216.1 挖坑机使用 .216.2 使用中的注意事项 .217 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 201011 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-60 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：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 20103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、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)2.4.1 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 20105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)(4.58. 马 力发额 Nb.计算第一轴及小锥齿轮 的功率、转速和扭矩1Z齿轮轴： )(632.7马 力万 向 节轴 承额 I min/0rnI )(4.72.162.7 米千 克 IINM87936.03.1 马 力轴 承 IZ )(4.72162.7611 米千 克 Znmin/01rZc.立轴与大锥齿轮 功率、转速和扭矩:2 马 力 ）圆 锥 (402.3596.87.31 ZNin/24012 rnZ)(36.8.622 米千 克 ZZM立轴功率、转速和扭矩为： )(91.42 马 力轴 承 ZINmin/32rnI )(198.06.71米千 克 IIM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6I 轴 II 轴轴次 动力输出轴轴 1Z轴 2Z功率（马力） 40 37.632 36.879 35.404 34.696转速（r/min） 720 720 720 234 234扭矩（千克 米）39.789 37.433 36.685 108.361 106.193B.挖坑幅度根据设计要求，挖坑直径为 70cm，深为 70cm，因此，双螺旋叶片最大直径为70cm.如图 2-4 所示：图 2-4 挖坑幅度示意图2.5 挖坑机主要技术规格和基本技术参数型号：1WK-90 型植树挖穴机型式：三点悬挂联接，中间齿轮传动配套动力：黄海金马-50 型轮式拖拉机挖坑幅度：挖坑直径 D=70mm,挖坑深度 H=70mm作业速度： I 档 540r/minII 档 720r/min螺旋叶转速： I 档 175.5r/minII 档 234r/min螺旋叶旋转直径：70mm盐城工学院本科生毕业设计说明书 201073 部件设计3.1 螺旋叶的设计3.1.1 钻头的设计图 3-1 钻头的设计根据设计要求，钻头与螺旋叶轴之间采用花键联接，销钉固定，材料选用 45钢，表面淬火处理，提高耐磨性和硬度，并及时进行回火处理，消除内应力，提高工件韧性。结构如图 3-1 所示。3.1.2 双螺旋叶片的设计1WX-90 型植树挖穴机设计8图 3-2 双螺旋叶片的设计双螺旋叶片结构如图 3-2 所示，采用调制处理，表面淬火，设计时，为避免工作停止后抬起时导致坑壁碰触，破坏作业效果，因此特设计为下方直径较大，上方直径较小，叶片与中间轴焊接固定，与立轴采用花键联接，销钉固定。4 设计计算4.1 动力分配计算（4-1）n950PT式中：P 功率n 转速已知各运动副的效率：圆锥齿轮传动 3=0.96，球轴承 2=0.99，根据拖拉机型号黄海金马50 型查的输出功率 P 为 18.4KW，转速N=540r/min,双缸内燃机，取输出轴的设计功率为 P=18.4KW。4.2 万向联轴器的选用计算4.2.1 万向节总成万向节总成是将拖拉机动力传递给旋耕机齿轮箱的传动件, 万向节总成主要由活节夹叉、方轴夹叉、方轴套夹叉、十字节、方轴等零部件组成。十字节两端装有孔用弹性挡圈、防止十字节轴向移动而滑出。十字节上装有黄油嘴、内注黄油、供滚针轴承润滑用。方轴与方套为滑动连接，在升降或左右摆动旋耕机时，方轴能在方套内伸缩，确保正常传动而不致脱出。由于挖坑机工作负荷为变载荷工作条件差，盐城工学院本科生毕业设计说明书 20109因此选用的十字轴应具有足够的强度和可靠性。a 万向联轴器的理论转矩 mNnPT39.12540.8950K