MD40-150型多功能开沟机开沟机构设计

MD40-150型多功能开沟机开沟机构设计摘要多功能开沟机是工程机械的主要机种之一，广泛应用于农田水利建设、通讯电缆及石油管线的铺设、市政施工以及军事工程的建设。开沟机具有专用性论文主要工作包括：削厚度等基本参数和整机的总体方案。要部件组成。关键词：多功能开沟机，挖沟机，开沟机构，挖沟器AbstractMultifunctionalditcherisoneofthemaintypesofengineeringmachinery.Itiswidely used in construction of farmland irrigation and water communications cable and oil pipe laying, municipal construction and theconstructionofthemilitary.Openditchmachineshavespecificity,theyneedlesstheequipmentinvestment,continuousmining.Andtheworkingefficiencyishigher.Itismorelyusedfornarrowanddeepditch.Theadvantageofdiggingditchesmachinearemoreusedatapparent.Multifunctionalditchercanimprovetheefficiencyoftrenchingandbackfillingtoreducethehumanandmaterialwaste.Thefollowingworkisdone:The development of domestic and overseas trenchers, the application computerassistedanalysisinthefieldsofagriculturalmachineryandtheresearchtochain-trencherweresystematicallyanalyzedandtheditcherbelongingtochain-type trencher was confirmed. According to the working agronomicrequirementsandtheoutcomeofdynamicalanalysis,thebasicparameterssuchasgroovewidthanddeep,forwardspeed,chainspeed,productivity,resistanceofcuttingsoil,cuttingpowerConsumption,totalpowerconsumption,powerrateandcuttingthicknessandtheoverallprojectwereconfirmed.Thestructuraldesignandtrial-manufactureofchain-trencherweredeveloped.Thetrencherwasmadeupofjointandtransmissionmechanismandditchingequipment.Thefunctionaltestingwasdevelopedatthesametime.KeyWords:Multifunctionalditcher;attachment;目录绪论 1概述 1国内外开沟机的现状及发展趋势 2国外开沟机的现状及发展趋势 2国内开沟机的现状及发展趋势 3本次设计的意义和目的 6本次设计的主要内容 6多功能开沟机链式开沟机构的总体设计 7多功能开沟机的运动学分析 7多功能开沟机的动力学分析 102.2.2开沟机所需功率的计算 11多功能开沟机总体参数的确定 15开沟机构关键部位的设计 16开沟机构的设计分析 16链刀组合的设计计算 16链条设计 17主动链轮及从动链轮的设计 19螺旋从动轮的设计 21主轴组合设计 23主轴设计 23轴承选择 23主轴键的选择 24从动轴组合的设计 25从动轴设计 25轴承选择 25从动轴键的选择 25螺旋从动轴组合的设计 26螺旋从动轴设计 26螺旋从动轴键的选择 26螺旋分土器设计 27轴承选择 29刮土器的设计 29刀片结构参数 30机架组合设计 35连接架的设计 35多功能开沟机开沟机构的基本结构 36开沟机构液压马达的选择与校验 37总结与展望 396.1总结 396.2展望 39参考文献 40附录 41致谢 431 绪论概述开沟机是工程机械的主要机种之一，广泛应用于农田水利建设、通讯电缆及石油管线的铺设、市政施工以及军事工程的建设。开沟机具有专用性强，设备投资少，可连续挖掘，工作效率高等特点，特别是对于窄而深的沟渠，挖沟机的优势更加明显。开沟机尤其适应于土质较硬、施工场地狭小，人工开挖和挖掘机等土方机械无法作业的地方。同时开沟机的施工成本低于挖掘机等土方机机械的施工成本，甚至比人工施工还低而深受广大施工单位的欢迎。开沟机构是在封闭的链上均匀的装有多个切割齿，封闭链沿着构架移动。切割齿挖掘土壤，土壤被带到卸载地点卸载。螺旋分土器把切下来的土分到沟的两边。在液压马达的驱动下，驱动链轮旋转，链条的紧边上的切割齿承担着连续的挖掘土壤。土壤在切割齿的带动下绕过驱动链轮时卸载，卸载后的链齿沿构架的上侧往下运动。切割齿绕过构架的端部后进行挖掘，这样连续不断的工作。在驱动链轮处落下来的土壤，经过两侧的分土器，被分到沟的两侧。挖沟机前行，就形成了沟槽。为了改变挖沟机工作面的倾角和挖沟深度，在机器上面装有提升油缸，通过控制液压缸提升或下放挖沟器。为了清理残留在沟里的土壤，在构架上安装了刮土器，用于清理沟中的土壤。链式连续型开沟机具有以下五个方面的优势：提高了工作效率开沟机属连续挖掘工作装置，集挖掘和排土于一体；而单斗挖掘机属于半连续挖掘工作装置，其辅助作业时间多，如旋转卸土、再旋转归位。所以开沟3～5沟槽，效果更为明显。减小了超挖量使用单斗挖掘机挖沟，超挖量大，沟的横截面呈倒三角形。沟的边缘不整齐，施工时不仅挖掘量大，回填量也大。而专用开沟机则可以根据不同管道直23.8%，50%。工作速度快，能提高工期完成速度8603.9m/s，其挖沟速度是其它62m0.25m，84000m0.25m/s，65.4km(5)回填效率高单斗挖掘机挖沟，回填土要用装载机或推土机协助作业，而开沟机自带推土板，施工成本大大降低。国内外开沟机的现状及发展趋势国外开沟机的现状及发展趋势开沟机在欧洲、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。开沟机发达的国家主要有德国、意大利、美国、俄罗斯和日本等国。经过40多年的发展，在开沟机应用方面，以其生产效率高、成本低，而代替了常规的单斗挖掘机。CASE860等；美国百莱玛．威猛(BalamaPrima-Vermeer)英国主要有MASTENBROEK公司，生产开沟机的主要型号有：1012、M20/18、2615H等。德国的大型开沟机作业宽度较大，链式的工作装置可挖0.25～1.2m或0.35～2.4m，0.5～3.0～10.0m和圆盘式三种。三种型式的装置可在主机上任选一种安装。三种型式的装置使1.1。主机由专用的履带式基础车加装挖沟装置构成。对链条的驱动可分为机械式和液压式两种。机械式传动为多级变速箱+变矩器型；液压式为油泵+液压马达型。T&CTrouvay&Cauvin30动。其中TR120TR200C500mm。图1-1 美国凯斯公司Th产的CASE860链式开沟机表1.1 三种形式的工作装置使用范围类型 使用范围挖宽（m） 挖深（m） 主要用途埋设管道、隧道中央排链式0.25—0.24

水沟、隧道下半部掘削和平基时开掘沟装自由面用于路基、平基、大坝滚筒式 切削滚筒宽3—4m，直径1—4m 堤堰基础、隧道下半部等宽幅掘削和残壁掘削圆盘式 0.2—0.3

可挖窄沟。如：排水沟、管道、电线埋设沟JcLd1984Major27km/h0.7～1.5m，0.2～0.45m。1998DekethHJR，AlvarezM，Grima.的研究成果基础上构建了在不同土壤环境下的岩石开沟机功耗及刀片磨损预测模型(DekethHJRetal.，1998)。1999AlvarezM，Grima，PNW,VerhoefT-850用模糊逻辑的方法对开淘机的开沟性能进行了预测分析(AlvarezMetal.,1999)。国内开沟机的现状及发展趋势国内开沟机的研究和使用相对发达国家起步比较晚。1975FLAT73.5KW1975-1982FLAT55KW拖拉机配套使用的挖沟机，由于技术性能和经济性等原因，最后都被淘汰。到19918.8KWIKS-201995IKS-30（高邮市平安开淘机厂，200（1-2）它采用单悬臂机架和框架式刀盘以及分层切削刀片。开沟效果好，成本相对较低，得到了广大使用者的好评。图1-2IKS-30型单悬臂式开沟机2000年，天律工程机械研究脘利用TN654型拖拉机改装成挖沟机并于2002年研制GC65G型链刀式开沟机(安志国主要适用于铺设水利管道和电缆等工程，该机采用机械传动，其功率与挖沟效率均达到了国外研制的开沟设备较为先进的水平。同年，天津工程机械研究院根据西气东输的需要，开发出WG300型履带式全液压挖沟机（江创华2002。该机最大挖沟宽度可达900mm，最大挖沟深度达 2200mm，挖掘链速度 0-4m/s，作业速度最高可达1400m/h。由中国农业机械化研究院耕作种植机械研究所研制的具有代表性的链式开沟机1KZ-301-3)和IK-30ft1OOmm，1500mm图1-31KZ-30型自走式链式开沟机21面对变化莫测的市场需求，企业为了提高自身的竞争能力，必须尽快改变生产品种，更新产品设计，缩短新产品的研发周期，提高产品的设计质量，降低产品的研发成本，进行创新性设计，以便对多变的市场需求做出快速敏捷的响应，在市场竞争中获得相当的市场份额和利润。近代科学技术、工程设计的理论、方法和手段都在适应这种要求。特别是30CADCAD计算机技术的应用，让人们逐渐认识到这样一个事实：即使机械系统中的每个零部件都是经过优化的，也不能保证整个系统的性能是良好的，即系统级的优化绝不是系统中各部件优化的叠加，而是由各部件组成的整机系统性能优化。虚拟样机技术就是在这种迫切需要的驱动下产生的。机械系统虚拟样机技术作为一种应用于机械系统设计过程中的高新技术手段，是现阶段解决这类问题较为有效的技术方案之一。我国七十年代中期由天津工程机械研究所和长春工程机械厂合作，研制出我国首台轮斗式开沟机。八十年代中期，三、四个厂家曾分别开发了几种开沟机械，但由于经济性和技术性等原因，未能使挖沟机在国内全面推广。直到二十世纪末，天津工程机械研究所开始新一轮开沟机的研制，主要研制的是轮式开沟机，研制出GC60挖沟机和军用挖濠机两种开沟机械，但链式连续型开沟机在国内还是空白。因此，研发该机种具有的重要现实意义。1992年谢金泉等分析了链齿式开沟机的特点分析了切削进距作业倾角刀片捧列、链齿线速度等因素对比功的影响。建立了链齿式开沟机工作部件主要参数的设计方法结果表明：切剖进距 3cm。作业倾斜角40°，链齿线速度0.356m/s其比功拔小。刀片的排列原则应保证刀片作单侧切削以及力和力矩的平衡与稳定。(谢金泉，1992)。1996年刘海宗等设计并研制成功一种用于冻土链式开沟机的刀具，进行了室内及野外试验，证明所研制的硬质台金刀具具有不碎不裂不崩刃耐磨性好的优越性能，使用寿命较长的优点。发现了冻土切削时随着切削速度的提高，切削阻力和单位切削阻力有明显下降的规律，首先提出高速热融切削的论点，井在室内和野外试验中所证实，对冻土开挖技术有重要指导意义(刘海宗等，1996)。2004年吉林大学王云超以美国凯斯公司生产的CASE860链式开沟机（图1-1）为研究对象忽略了刀片的影响，建立挖沟器的三维模型，运用有限元及ADAMS器的各阶固有频率以及在不同频率冲击力作用下对应的挖沟器的位移和应力响应特性曲线(王云超，2004)。2006构方案的链式开沟机的工作原理、总功率的确定等进行了理论研究。（卢峰，2006。本次设计的意义和目的开沟机是工程机械的主要机种之一，广泛应用于农田水利建设、通讯电缆设备投资少，可连续挖掘，工作效率高等特点，特别是对于窄而深的沟渠，开沟机的优势更加明显。在国外，连续式开沟机的使用已经非常普遍，许多地下公用设施施工都用专业开沟机，而很少使用单斗挖掘机。在我国除极少数单位引进国外的连续式开沟机外，国产开沟机仍处于设计研发的初步阶段。随着社会主义建设的不断深入，生产建设中土方施工工程规模越来越大，给城市交通带来了极大的不便，而进口开沟机则价格昂贵，不适合我国国情。本设计研发的多功能小型开沟机，适合我国土方作业国情，该机体积小巧，功能多样，能同时完成开沟、排土、回填、路面切割及破碎等工作。采用履带式工程机械底盘，全液压驱动，可实现无级变速，以适应恶劣工况环境下的作业；在车前布置工作装置，连接快速接头，快速切换多种工装，实现切割、破碎、挖掘等工况；在车尾布置链式回转刀，实观开沟。履带式全液压多功能开沟机的研制在国内尚属起步阶段，其中很多理论计算、设计方法以及高新技术在国内尚未有系统、完善的介绍。本课题提出的许多新观点、新思路，对履带全液压多功能开沟机的设计研发有一定的参考和借鉴价值。开发履带全液压多功能开沟机具有很重要的经济和社会意义。本次设计的主要内容MD40-150开沟机链式开沟机构的整体设计、链式开沟机的整体功率确定、主动轴组合的设计、从动轴组合的设计、螺旋从动轴组合的设计、机架的设计、开沟机构刮土器组合设计。2 多功能开沟机链式开沟机构的总体设计根据链式开沟机原理，选用链节距 Ld

76.2mm的三列链，总宽度为400mm，前进速度v0

1000m/h。将宽度bc

225mm，高度hc

150mm的圆弧形刮刀，每两把一组对称安装在链条上。多功能开沟机的运动学分析生产率QBHv 40015001000m/h600m3/h （2-1）0——《8.8kw式中：B—沟宽；H—v—前进速度0链刀的线速度v2vv2v22vv cos1010a——《8.8kwv0

v0

1000m/h0.278m/sv—链条传动的线速度1—v1

与地面的夹角，取=45°现有开沟机的链速一般为v115m/s8.5m/s。0.27820.27828.5220.2788.5cos45a

3.3m/s当vv1

时，可以认为vv1 a

，≈。开沟机的切削厚度，如图2-1所示，图2-1切削厚度矢量图v0Ld

sin0.27876.2sin452.49mm （2-3）v 8.51

——《链式挖沟机挖沟器动态特性研究》12页所设计的开沟机为2把刀片一组，占据2个外链节，所以各组刀片中同一相位的刀片距离为8L。d切削宽度是刀片在每次切削时，在链宽度方向上，所切削的土壤宽度。现400mm2刀片切削宽度 b 200mm （2-4）2 2CAA》12对初步选定的刀刃宽度和链条节距，需要检验其输送和清除土壤的能力，正确选择的切削宽度b应能满足下列条件1QQ'Kp

（2-5）CAA》12式中：Q’—链刀按排土能力计算的生产率（m3/h）K Kp p取值范围是1.01—1.30。—与链条运动速度有关的散开系数，见表2-1表2-1 土壤散开系数vv(m/s)10.111.52 0.97 0.92 0.85 0.75——《链式开沟机设计研究及其CAA》12页开沟时，刀片受到主链轮的驱动和土壤阻力的作用，刀刃和链节轴承将发3.5m/s，刀的排土能力的计算，可以通过开沟机构的水平倾角与土壤的自然休止角进行比较得出，其原理如下：当r

arctanh时，LdQ'bhvLd

)] （2-6）1 2h r当r

arctanh时，L

——《链式开沟机设计研究及其CAA》12页dQ'bhv1

h)r2L

（2-7）当时，r

d——《链式开沟机设计研究及其CAA》13页Q'bhv1

（2-8）式中：h—链刀的高度 r

——《链式开沟机设计研究及其CAA》13页表2-2 土壤自然休止角土的名称干的度数温润度数潮湿度数砾石404035卵石354525粗砂303227中砂283525细砂253020重粘土453515亚粘土、轻粘土504030轻亚粘土403020腐殖土403525填方的土354527CAA》1330°—40°，35°。取链刀的高度h=150mm，L 876.2609.6mm，由于45，d∴ arctanhr Ld

35

150609.6

3513.848.8∴取2-6式计算LQ'bhv1

d2h

)]=b0.158.5

0.60962

tan(4548.8)0.17b1K Q1.1 1 0.1670.02551p0.72∴b0.0015m为保证土壤切削后能够正常的被链刀带出沟，链刀的宽度b最小不能小于3mm。切削断面面积是在任意位置上，切削宽度与切削厚度之积Ab2.49mm200mm498mm2 （2-9）——《链式挖沟机挖沟器动态特性研究》13多功能开沟机的动力学分析图2-2 切割齿受力分解图——《链式开沟机链传动机理及初步仿生实验研究》切土阻力竖直刮刀的切削总阻力计算公式为

90F 9.8I)1.35r s

180

)e （2-10）——《一种新型链式开沟机设计参数和功率的确定》2页式中：Is

—土壤坚实度计的冲击次数，取Is

=15—切削厚度c—刀片宽度—刀片切削角。对于圆弧形刀片刀片切削角等于后角 。2e—刀片尖角计算系数，取e=0.81将上式中的切削厚度、刀片切削角和刀片厚度作相应的调整后得到单个刀片的切削阻力F 9.8Ir s

)1.35

90180

2)e （2-11）F 9.815(0.12.49)1.350.01200)r

90180

)0.8131N开沟机链刀总切削阻力Fr

Fz316186N （2-12）rCAA》14链条上同时与土壤作用的刀片数，工作时有一组刀片。即约6刀片同时切土。由于刀片受到各种冲击的影响，在设计时应加入动载系数，一般情况下动载系数k1.3-1.5。则0FFt r

zk0

1861.4260.4N （2-13）CAA》15开沟机所需功率的计算链条传动所需的功率

N N NN g s 1

（2-14）c d——《8.8kW手扶拖拉机配套开沟机的设计》式中：N —链刀切削土壤所需的功率gN—升送土出沟所需的功率sN—输送土到沟沿上所需的功率b —开沟链的传动效率，取

=0.8 —配套动力到开沟装置的传动效率，取

=0.8链刀切削土壤所需功率N Fg

zva

（2-15）Ft

—链刀总切削阻力

——《8.8kW手扶拖拉机配套开沟机的设计》z—链条上同时与土壤作用的刀片数v—链条运动的线速度a∴ N 613.3103Wg升送土出沟所需的功率Ns

（2-16）3.6106式中：Q—每小时的送土量

s——《8.8kW手扶拖拉机配套开沟机的设计》H—升土高度，H=1500/2mm=750mm —输送效率，s

=0.85QT

k q （2-17）p——《8.8kW手扶拖拉机配套开沟机的设计》式中： —理论生产率，600m3/hTk kp

=1.1qq=1.4t/m3∴ Q6001.11.4924t/h由上式可得N s 3.6106s

9.89247503.6106

2.22kW输送土到沟沿上所需的功率9.8QNb3.6106b

(LH)/2 （2-18）——《8.8kW手扶拖拉机配套开沟机的设计》式中：b

—输送效率，b

=0.85L—送土宽度，L=500mm9.8924∴ N s 3.6106

(500750)/21.85kW∴链条传动所需的功率N N NN g s 1

13.32.221.8527.14kW0.80.8c d前进所需的功率N Fv

a （2-19）j 3.6103b——《8.8kW手扶拖拉机配套开沟机的设计》式中：F—机器受到的总阻力v—链刀的线速度，va

=8.5m/sFFa

PFx

（2-20）Fa

——《8.8kW手扶拖拉机配套开沟机的设计》—机器行走时的阻力 P—被切削土壤对链刀的水平反力xF—被输送的土壤对链刀的水平反力x机器行走时的阻力Fa

(GFt

sin)Ft

cos （2-21）CAA》17式中：G—G=4000kg—滚动阻力系数，取=0.07∴ F (4000260.4sin45)0.07260.4cos45477.02NaP Fx r

(cosk'b

sin) （2-22）——《一种新型链式开沟机设计参数和功率的确定》Frk'b

Fr=（0.21-0.22）kb

=31Nk 3-3b表2-3 b和kbbb

的近似值b(m)0.050.100.150.200.250.300.40k1.251.181.030.980.940.910.88∴Px

Fz(cosk'r

——《农业机械设计手册》2007152sin)=316（cos45°+1.250.21sin45°）=166.03N

F 9.8Qqcos （2-23）x 3.6式中：Q—Q600m3/h0.167m3/s∴F x

q—松散土壤单位容积质量，取q1.4t/m39.80.1671.4cos450.45N3.6综上所述，∴FFa

PFx Fv

477.02166.030.45N310.54N310.548.3∴N j

a3.6103b

0.895kW3.61030.8机械传动的功率为

N (0.050.07)(N N) （2-24）f 1 j——《8.8kW手扶拖拉机配套开沟机的设计》∴N 0.06(27.141.68kWf

N CQL （2-25）h 0 B——《链式开沟机设计研究及其CAA》16页CC=4-50 0L 0.45-0.5B∴N CQL =50.167180000.57500w7.5kWh 0 B机器所需总功率N 1.5(N N N N) （2-26）T 1 j f h——《8.8kW手扶拖拉机配套开沟机的设计》∴N 1.5(27.140.8951.6855.8kWT多功能开沟机总体参数的确定1500mm，400mm，土壤为普通硬度。整机前1000m/h，理论生产率为600m3/h8.3m/s。开沟机构和水平方向夹角45。根据这些条件，得出所设计的开沟机参数，如表3-4示。表2-4链刀切削厚度开沟机总体参数2.49mm单个刀片的切削阻力31N链条传动所需的功率机械传动的功率分土器所需功率总功率27.14kW0.895kW1.68kW7.5kW55.8kW3 开沟机构关键部位的设计开沟机构的设计分析1，2，3，4，5，64-1图3-1开沟机构总体示意图1、主动轴组合2、链刀组合3、机架组合4、从动轴组合5、刮土机构6、机架组合链刀组合的设计计算链刀组合围绕在主动链轮，机架组合和从动轮链上，由于多功能开沟机可1.5-3m2.5m。根据《链式开沟机设计研究及其CAA》，传递功率P初定为24kW，则额定功率k P 1.8PA 24kW15.57kW （3-1）0 kkz m

2.51.11

——《链式开沟机设计研究及其CAA》21页式中：kA

—工况系数，查《机械设计手册》（单行本）—机械传动第12篇104页表12-2-3，可得kA

=1.8k（单行本）—12z104页表12-2-4，可得k =2.5zk （单行本）—12104m表12-2-5，可得km

=2.5v=1-15m/s100-1000r/min600r/min。400mm50mm，度为30mm左右小于刀具刃宽则在链条上布置刀具时会出现重复切削的现象受力时链条也容易产生摆动而不稳定，因此调整方案选用了 3排链，则400mm/200mm=2。所以每组至少2把刀片，2把一组对称安装，每组刀刃间的距2Ld

=302mm，因此需要40组刀片，每组占2对链节，则402=80对。为方便安装刀片，链条上等距分布有带双孔直附板的外链板，基本形状为4-2矩形块，宽度在匀分布在封闭的链条上。图3-2链刀组合结构示意图1、刀片2、垫块3、链条4、机架组合5、从动链轮链条设计Ld72mm，考虑选用三节距输送链67.80kg/m。由机械设计手册（单行本）——12101，48B数，如表3-1所示。滚子直内节内销轴直套筒直径外或中链链号滚子直内节内销轴直套筒直径外或中链链号p径d1宽b1径d2d3板高度h348B76.2过渡链节尺寸48.2645.72内链节29.24外链节29.29销轴全宽63.88l1lc2外宽b2内宽b3b(三排）6（三排）荷1500KN高度h高度hpt1264.5263.8891.2133.4533.450.270.5670.69281.613340N抗拉载链条通道内链板由于48B链条参数不符合本设计的参数，作进一步改进优化。外链板及三链总宽度为400mm，外链板厚度为15mm。因此，排距p 123.33mm4-3t（a）（b）图3-3链节结构图（a）链节主视图（b）链节俯视图（单行本）——4183销的参数dd30mm商品规格l55-2001m/kg5.85由76页可得CGB/T5781-2000dM5-M64l=10-500M16。由116页可得，六角螺母的参数，表3-2六角螺母参数国标国标GB/T41-200dM5-M64公称241000（kg）29dxmaxmmax2215.9主动链轮及从动链轮的设计链轮可取三切齿，则有效齿数z z 21，i=1.91，根据分度圆直径大1 2小，选用覆板式结构，链条和链轮关键参数如下。初定a 30p0az2 z 1121azl 0 1 260 76 （3-2）p p 2 2——《链式开沟机设计研究及其CAA》22页链长L p 7676.2Lp 1000

5.8mm （3-3）中心距

（单行本）——12103a'p(2L z z)k （3-4）p 1 2 a（单行本）——12104L zk= p 1a z z

（3-5）2 1（单行本）——1210712-2-8L z∴k= p 1

=76.2116.52a z z2 1

2111（单行本1210712-2-8k=0.24965a∴a'p(2L z z)k=76.2(276.2110.249652282.8mmp 1 2 a实际中心距aa'a （3-6）（单行本）——12104a(0.0020.004)a' （3-7）（单行本）——12104∴a2282.80.0032282.82276mm主动链轮分度圆直径d p1 sinz1

76.2sin18011

270.4mm （3-8）从动链轮分度圆直径d

——《链式开沟机设计研究及其CAA》23页 p 76.2 511.3mm2主动链轮齿顶圆直径

sin180z2

sin18021d p(0.54cot180)76.2(0.54cot180)300.6mm （3-9）a1从动链轮齿顶圆直径

z 111——《链式开沟机设计研究及其CAA》23页180 180d p(0.54a2

)76.2(0.54cot )546.7mmz 212主动链轮齿根圆直径d d df1 1 1从动链轮齿根圆直径

（3-10）CAA》23d d d'f2 2 1主动链轮轮毂厚度h

h kdk（3-11）1 6（单行本）——12113式中：k—3-3表3-3常数k∴h 9.51

d<5050-100100-150>150k3.24.86.49.5（单行本）——121131206 0.0142533.75mmd pcot1801.04hg1 z 21

0.76 (3-12)（单行本）——12113∴ d 76.2cot1801.0463.880.76192.3mmg1 11d 190mm。g1180 180d pcotg2 z2

1.04h2

0.7676.2cot 21 1.0463.880.76438.4mmd 430mm。g2主动链轮内径从动链轮内径螺旋从动轮的设计

d 120mmk1d 150mmk29螺旋从动轮分度圆直径p 76.2d 3 sin180z3

180 222.8mm （3-13）sin9——《链式开沟机设计研究及其CAA》23页螺旋从动轮齿顶圆直径d p(0.54cot180)76.2(0.54cot180)250.5mm （3-14）a3 z3

9——《链式开沟机设计研究及其CAA》23页螺旋从动轮齿根圆直径d d df3 3 1180

（3-15）CAA》23d pcotg3 z3

1.04h2

0.76

（3-16）z25的链轮正常工作条件下z>25的链轮z40击振动且在易磨损条件下工作的链轮z<25有动载荷及传递功率较大的76.2cot180z25的链轮正常工作条件下z>25的链轮z40击振动且在易磨损条件下工作的链轮z<25有动载荷及传递功率较大的9（单行本）——12113d 140mm。g3螺旋从动轮内径d 60mmk2根据机械设计手册（单行本）——1211512-2-18，3-4表3-4链轮材料及热处理材料热处理齿面硬度应用范围15、20渗碳、淬火、回火50-60HRC35正火160-200HBS45、50ZG310-570、20Cr淬火、回火渗碳、淬火、回火40-50HRC55-60HRC40Cr、35SiMn35CrMo

链轮重要的、要求强淬火、回火 40-50HRC 较高、齿轮耐磨链轮等功率的链轮外形复杂、精度要求不高的z>50的不低于HT150淬火、回火260-280HBS等功率的链轮外形复杂、精度要求不高的z>50的不低于HT150淬火、回火260-280HBS从动链轮，经必要的热处理，可用于v<3m/s的情况下夹布胶木P<6kW、速度较高、传动要求平稳和无噪声的链轮

中等速度、传递中链轮的材料使用15Cr，热处理渗碳、淬火、回火，齿面硬度为HRC55—60。主轴组合设计主轴设计由上节可知，链齿轴孔直径为d 120mm，由机械设计手册（单行本）—a5445#3-5表3-5主轴参数材料牌号材料牌号热处理mmHB抗拉强度MPa屈服点MPa45正火>100-300162-217580290主轴尺寸如图3-4所示。轴承选择

图3-4主轴尺寸（单行本）——62426-2-52（GB/T294-1994171820C271818C3-6轴承代号轴承代号基本尺寸/mm基本额定载荷/kN极限转速/rmin1其他尺寸/mmdDBCC脂油drs or2D271820C1001251320.12243005300107.5117.5171818C901151319.520.54800600097.5107.51主轴键的选择主轴转矩

9550PTn

（3-17）（上）式中：P—主轴传递功率，P=55.8kWn—转速，n=600r/h955055.8103∴T

600

888.15103Nm键的挤压应力

2TpDkl

（3-18）（单行本）——4193式中：D—轴的直径，D=120mmk—键与轮毂的接触高度，平键kh2l—键的工作长度，对于A型健lLb键选择GB/T1096-2003。参数：b=45mm，h=22mm，L=110mm。2888.15103∴ p

1201165

20.7MPa（单行本41934-3-17可知，[

]5060MPap∴p]p∴键选择GB/T1096-2003。从动轴组合的设计从动轴设计从动轴组合由于是在沟下，因此，从动轴组合的总宽度不能超过开沟宽度，即不能超过400mm。从动轴尺寸参数如图3-6所示。轴承选择

图3-6从动轴尺寸（单行本）——62426-2-52（GB/T294-199471824C3-7表3-7角接触球轴承参数号基本尺寸/mm基本额定载荷/kN极限转速/rmin1其他尺寸/mmdDBCCdDsor脂油22r71824C 120 15016 28.9 32.934004300129.3 140.71从动轴键的选择主轴转矩

9550PT n （3-19）式中：P—从动轴传递功率，P=27.14kWn—转速，n=600r/h

——《材料力学》（上）∴T

955027.14103600

432103Nm键的挤压应力

2TpDkl

（3-20）（单行本）——4193式中：D—轴的直径，D=120mmk—键与轮毂的接触高度，平键kh2l—键的工作长度，对于A型健lLb键选择GB/T1096-2003。参数：b=28mm，h=16mm，L=80mm。2432103∴ p

1508

13.84MPa（单行本41934-3-17可知，[

]5060MPap∴p]p∴键选择GB/T1096-2003。螺旋从动轴组合的设计螺旋从动轴设计由上节可知，螺旋从动链轮的d 60mm，由机械设计手册（单行本）—k5445#3-7图3-7螺旋从动轴尺寸螺旋从动轴键的选择螺旋从动轴键选择 GB/T1096-2003，圆头普通平键 A型。b36mm、h32mmL100mm主轴转矩9550PTn

（3-19）（上）式中：P—螺旋从动轴传递功率，P=7.5kWn—转速，n=600r/h95507.5103∴T

600

119.38103Nm键的挤压应力

2TpDkl

（3-20）（单行本）——4193式中：D—轴的直径，D=60mm k—键与轮毂的接触高度，平键k2 2

16mml—键的工作长度，对于A型健lLb1003664mm2119.38103∴ p

6016

3.89MPa（单行本41934-3-17可知，[

]5060MPap∴p]p∴键选择GB/T1096-2003。螺旋分土器设计6旋分土器的结构如图3-8所示图3-8螺旋分土器的结构螺旋排土器的阻力计算切削下来的土壤呈松散状态，因此，排土器分离的土壤与土壤之间只存在土壤间的摩擦力，根据表3-8。土壤名称内摩擦系数土壤名称内摩擦系数对钢铁表面的摩擦系数21砂0.58-0.750.73粘土0.7-10.75-1消块砾石0.9-1.1—泥灰土0.75-11饱含水分的粘土0.81-0.42—碎石090.84水泥0.840.73——《链式挖沟机挖沟器动态特性研究》5页取土壤间的内摩擦系数 1，排土器与土壤间的摩擦系数 0.9。2 1SoildWorksCADA=138720mm2。——《链式挖沟机挖沟器动态特性研究》15页排土器分离土壤的体积VAp1387207410265280mm3 （3-21）——《链式挖沟机挖沟器动态特性研究》15分离土壤的重量QVg0.0102659.8160001609.6N （3-22）——《链式挖沟机挖沟器动态特性研究》15分离土壤所产生的扭矩

MR （3-23）1——《链式挖沟机挖沟器动态特性研究》15式中：R—摩擦力矩的平均半径。Rr(Rr)/2 （3-24）——《链式挖沟机挖沟器动态特性研究》15式中：R—螺旋排土器叶片半径。R=74mmr—排土器杆的半径。r=25mm∴ Rr(Rr)/2=25+（74-25）/2=49.5mm得 MR1609.60.949.510371.7NM1轴承选择（单行本）——62426-2-52（GB/T294-199471810C3-6表3-6角接触球轴承参数轴承代轴承代号基本尺寸/mm基本额定载荷/kN极限转速/rmin1其他尺寸/mmdDBCC脂油ds or2D2r71810C506576.66360.70.3刮土器的设计1600mm2343-9图3-9刮土器结构图杆2大致和开沟机构的两链齿轮中心距相当，杆 2长2500mm，尺寸为1001002498mm344为一弧度板，宽略比开沟宽度窄，B=390mm。刮土器尺寸如图3-10所示。刀片结构参数

图3-10刮土器的尺寸由于圆弧形刀片结构简单，能适应沙性和粘性土壤，对切削下来的土壤提升输送性能较好，因此以所设计的圆弧形刀片为主。分析切土时刀片和土壤的状态以及产生的功耗，圆弧形刀片的结构参数如图3-11所示。图3-11刀片结构图切削刃为圆弧线和直线的组合，在切土过程中，圆弧线为侧切刃，直线段3-12图3-12刀片展开和折弯图3-113-12RR1 2

,,1

分别为折弯半径和折弯角度，

,为后角2 1和侧切角。折弯时，分别以折弯线1、2为中心两边对称折弯。由图4-12可知，刀片是经过两次折弯后形成的，几何关系有： 1 2

(2

) （3-25）1L 1

1

L

L L3 2

360 2 2

2360 1 3

1360 2

2360 1（3-26）Lcos1

[R2

R 2

)]L1

sin(2

)R1

2

)]b1刀片的结构参数如下：

（3-27）CAA》35刀片的侧切角 501 2 1刀片折弯角度 40, 901 2折弯半径 R1折弯线 L

R20.04m,L

0.025m0.04m,

0.0285m1 2 3刀片后角 82刀片厚度 t10mmCAA》403-13SolidWorks刀片正视图刀片侧视图图3-13刀片三维结构图在切削厚度方向上刀片一次切土的切削断面如图3-14所示。图3-14刀片切削断面图A2

，侧切刃切下来的土A1

，其中：A1

[R2

R2

)] （3-28）1A L2 1

cos1

L1

) （3-29）1CAA》36=8.5mmRR2

=0.025m=25mm 2

—刀片的侧切角，2

=50°1LL1

=40mm∴ A8.5[2525cos50]75.91mm21A 408.5sin50260.46mm22刀片侧切刃和正切刃一次切割下的土壤质量为M,M 。1 2M A1 1

7Ld

7Ld

[R2

R2

)] （3-30）1M A2 2

7Ld

7Ld

L1

sin(2

) （3-31）1——《链式开沟机设计研究及其CAA》36页∴M 75.9171521.8106g0.145g1M 260.4671521.8106g0.499g23-9，取=18000g/m3土壤等级Ⅰ土壤等级ⅠⅡⅢⅣ土壤名称密度/(gm3)砂和砂土15000-16000植物土12000轻质砂土16000细小与中等卵石1700030mm11000混有碎石和砾石的腐殖土17500稀软粘土18000重质砂土17500甘黄土18000重质砂土19500含50kg以内石块的粘土20000含10kg以内石块的粘卵石19500F1

162.54N，总切削阻力Ft

Fz162.5481300.3N1FF1 2

（法向阻力）与外作用力（由动力装置施加的力）相等时，切割稳定进行。当阻力F2

大于外作用力时，切割齿将被挤出土壤；F2

小于外作用力时，切割齿就继续切入土壤内。FF2

的百分值来表示，则F F2

（3-32）——《链式挖沟机挖沟器动态特性研究》14式中：—比例系数，此处取=0.422∴ F 0.421300.3N546.13N2机架组合设计12345123-15。图3-15机架组合示意图若将支樟臂假设为简单杆件，其受力形式是轴向拉压和剪切。根据这种受力形式，对于悬臂梁架的横截面的形式，由惯性矩的相对值可以得出：圆形截有较高的抗扭刚度，但抗弯强度较差，工字形截面的抗弯强度最大，但抗扭很低，其只适用于承受纯弯的情况，矩形截面抗弯、抗扭虽然分别低于前二者，但综合刚性最好。对于既承受拉压，又承受弯曲同时存在的梁架，本身对刚度要较高，所以机架组合支撑臂采用矩形管结构，不仅能支撵链刀组合与从动轴组合，在开沟机工作时还承受链条紧边受力后在其上滑动产生的法向载荷。但考虑到从动链轮密封问题，所以机架主板前端采用半圆形联接。连接架的设计3-16图3-16连接架结构图4 多功能开沟机开沟机构的基本结构本次设计的多功能开沟机开沟机构为链式。链式开沟机的开沟机构主要由1、链条，2、从动链轮，3、机架板，4、切削刀，5、液压缸，6、连接架，7螺旋从动轴组合，8、主动轴组合，92-1图4-1链式开沟机结构图1、链条 2、从动链轮 3、机架 4、切削刀片 5、液压缸6、连接架 7、分土器 8、主动链轮 9、刮土器5 开沟机构液压马达的选择与校验开沟机构液压马达由设计液压系统的同学提供，选用长江液压件厂的齿轮马达CM-C10C。查《机械设计手册（单行本）——P229CM-C10C液压马达的参数，如表5-1所示。表5-1CM-C10C技术参数排量排量压力/MPa转速/rmin1/mLr10.911014额定1800最高2400转矩（10MPa时）/N17.4主轴转矩

T9550Pn

（5-1）（上）式中：P—机械传动的功率，P=1.68kWn—转速，n=1800r/min∴T

95501.688.91Nm1800由表5-1可得，液压马达在10MPa时的转矩为17.4Nm>8.91 Nm，所以所选液压马达可以带动开沟机构的正常运转。6 总结与展望总结开沟机。所做主要工作及结论如下：