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1、 全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 桔園開(kāi)溝機(jī)設(shè)計(jì) Design of ditcher for orange garden 由于部分原因，說(shuō)明書(shū)已刪除大部分，完整版說(shuō)明書(shū)，CAD圖紙等，聯(lián)系153893706? 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 2 年級(jí)專(zhuān)業(yè)及班級(jí)： 2008級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng) 指導(dǎo)老師及職稱(chēng)： 學(xué) 部： 理工學(xué) 提交日期：2012 年 5 月 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………………3 關(guān)鍵詞………………………

2、………………………………………………………………3 1 前言………………………………………………………………………………………4 1.1 課題研究的目的和意義…………………………………………………………4 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………4 1.2.1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀……………………………………………………………5 1.2.2 國(guó)外開(kāi)溝機(jī)………………………………………………………………5 1.2.3 國(guó)內(nèi)開(kāi)溝機(jī)………………………………………………………………5 2

3、土壤特性分析……………………………………………………………………………6 2.1 土壤的分類(lèi)………………………………………………………………………6 2.2 土壤物理特性……………………………………………………………………6 2.2.1 土壤物理性能指標(biāo)………………………………………………………7 2.2.2 土壤的力學(xué)特性…………………………………………………………7 2.4 總結(jié)……………………………………………………………………………11 3 螺旋開(kāi)溝刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………

4、…11 3.1 開(kāi)溝機(jī)刀具總體結(jié)構(gòu)要求……………………………………………………11 3.2 開(kāi)溝刀具參數(shù)設(shè)計(jì)……………………………………………………………12 3.2.1 開(kāi)溝刀具結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)確定…………………………………………12 3.2.2 開(kāi)溝刀具運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)………………………………………………13 3.3 螺旋開(kāi)溝刀具結(jié)構(gòu)結(jié)論………………………………………………………21 4 螺旋開(kāi)溝機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………21 4.1 總體方案的設(shè)計(jì)………………………………

5、………………………………21 4.2 主要零部件的設(shè)計(jì)……………………………………………………………22 4.2.1 帶輪設(shè)計(jì)參見(jiàn)表………………………………………………………22 4.2.2 大帶輪軸的設(shè)計(jì)………………………………………………………23 4.2.3 角接觸球軸承設(shè)計(jì)報(bào)告………………………………………………25 4.2.4 深溝球軸承設(shè)計(jì)報(bào)告…………………………………………………26 5 設(shè)計(jì)總結(jié)………………………………………………………………………………26 參考文獻(xiàn)…………………

6、…………………………………………………………………27 致謝………………………………………………………………………………………28 桔園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要：桔子是我國(guó)重要的水果，改革開(kāi)放和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)的調(diào)整促進(jìn)桔子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，桔子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也帶動(dòng)了桔子生產(chǎn)作業(yè)機(jī)具的

7、研究和發(fā)展，我國(guó)桔子生產(chǎn)機(jī)具的開(kāi)發(fā)雖具有一定的基礎(chǔ)，但與桔子產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需求還有很大的距離，進(jìn)口專(zhuān)業(yè)開(kāi)溝機(jī)價(jià)格昂貴，因此研制出滿(mǎn)足農(nóng)戶(hù)需求，價(jià)格低廉的桔園專(zhuān)業(yè)開(kāi)溝機(jī)設(shè)備是非常必要的。 桔園開(kāi)溝機(jī)的開(kāi)溝部件采用螺旋開(kāi)溝刀具，其特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件緊湊、動(dòng)力消耗少、行走速度快、能很好地適應(yīng)桔園作業(yè)環(huán)境，提高勞動(dòng)效率。 關(guān)鍵詞：開(kāi)溝機(jī)；螺旋；桔園；開(kāi)溝；手扶拖拉機(jī) THE DESIGN OF DITCHER IN ORANGELY Abstract:Orange is an impo

8、rtant fruit, The development of the orange industry have promoted by reforming and opening and the regulation of rural industrial structure. It also drove orange production equipment research and development, Orange production equipment development has certain foundation in China,but it also has lo

9、ng distance from the development need of industrialization and imports professional ditching machine is expensive, therefore ,develop to meet the farmers' demand, manufacture low price and professional citrus orchard ditching machine equipment is very necessary. Orchard ditching machine ditching

10、components adopting helix ditching cutter, which is characterized by simple structure, compact, less power consumption, high running speed, and can be well adapted to the orchard operating environment, improve labor efficiency. Key words: ditching machine/spiral/citrus orchard /ditching/walki

11、ng tractor 1 前言 1.1 課題研究的目的和意義 桔子是我國(guó)水果生產(chǎn)的重要品種，中國(guó)是桔子的原產(chǎn)地，桔子主要產(chǎn)自長(zhǎng)江中下游和長(zhǎng)江以南地區(qū)，數(shù)千年的栽培歷史肯定不能說(shuō)清楚具體位置。經(jīng)阿拉伯人傳遍歐亞大陸，桔子至今在荷蘭和德國(guó)都還被稱(chēng)為“中國(guó)蘋(píng)果”。中國(guó)是柑橘的重要原產(chǎn)地之一，柑橘資源豐富，優(yōu)良品種繁多，有4000多年的栽培歷史。據(jù)考證，直到公元1471年，桔、柑、橙等柑橘類(lèi)果樹(shù)才從中國(guó)傳入葡萄牙，公元1665年才傳入美國(guó)。雖然桔子在中國(guó)有著悠久的歷史，但是其桔園生產(chǎn)作業(yè)機(jī)具的發(fā)展與桔園產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需求還是有很大的差距。 開(kāi)溝機(jī)是巖土定性結(jié)構(gòu)施工的專(zhuān)業(yè)工

12、程設(shè)備，廣泛用于通訊電纜、石油管線(xiàn)、農(nóng)田水利以及軍事等工程建設(shè)的連續(xù)開(kāi)溝作業(yè)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和生產(chǎn)機(jī)械化程度的提高，市場(chǎng)也迫切需要一種取代人力和通用挖掘機(jī)的專(zhuān)業(yè)開(kāi)溝機(jī)械。 多年來(lái)，我國(guó)對(duì)專(zhuān)業(yè)開(kāi)溝設(shè)備的研發(fā)投入不足，專(zhuān)業(yè)開(kāi)溝設(shè)備品種單一，應(yīng)用范圍狹窄，大部分開(kāi)溝施工仍停留在人工開(kāi)挖或使用通用液壓挖掘機(jī)挖掘?qū)用妗Ｈ斯せ蛲ㄓ猛诰驒C(jī)開(kāi)溝，不僅施工速度慢、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、管理困難、費(fèi)用高，且溝型成型差，尤其對(duì)較硬的土壤很難挖掘。而進(jìn)口專(zhuān)業(yè)開(kāi)溝機(jī)價(jià)格昂貴，極大制約了國(guó)內(nèi)用戶(hù)的需求[1]。 因此研制出滿(mǎn)足農(nóng)戶(hù)需求，價(jià)格低廉的桔園專(zhuān)業(yè)開(kāi)溝機(jī)設(shè)備是非常必要的。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

13、及發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 開(kāi)溝機(jī)主要有兩種：第一種為開(kāi)種溝而設(shè)計(jì)的開(kāi)溝器，開(kāi)溝器為小型從動(dòng)部件，靠牽引作用力而開(kāi)出適合種子發(fā)育的種床，溝形表現(xiàn)為小、窄、淺等特點(diǎn)，開(kāi)溝器常作為播種機(jī)一附屬部件而掛靠其上；第二種為開(kāi)排水溝或其它用途的開(kāi)溝機(jī)，開(kāi)溝機(jī)相對(duì)較大型，一般以主動(dòng)型部件為主，消耗功率大，體積大，溝深且寬[2]。 1.2.2 國(guó)外開(kāi)溝機(jī) 旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)是六十年代出現(xiàn)的一種連續(xù)挖土機(jī)械，適宜開(kāi)挖梯形截面的農(nóng)用溝渠。由于其牽引力小、能均勻散開(kāi)溝內(nèi)土壤，工作效率高，因而得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。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)、日本等國(guó)都有不同型號(hào)的系列產(chǎn)品

14、，從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用性能兩方面來(lái)看，目前基本上以蘇聯(lián)和意大利為代表的兩大類(lèi)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全液壓銑切式開(kāi)溝機(jī)、MK-47犁刀-銑切式開(kāi)溝機(jī)。意大利主要生產(chǎn)DARL系列的單圓盤(pán)開(kāi)溝機(jī)心及DBR系列的雙圓盤(pán)開(kāi)溝機(jī)。兩大類(lèi)型的開(kāi)溝機(jī)主要區(qū)別在于：前者是開(kāi)挖大型溝渠的大型機(jī)械，且能一次性成溝，所采用的是切拋分開(kāi)型的刀齒；后者是臨時(shí)性的小溝渠，采用的是切拋合一型的刀齒[3,4]。 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(pán)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。 1.2 .3 國(guó)內(nèi)開(kāi)溝機(jī)

15、 我國(guó)開(kāi)溝機(jī)的種類(lèi)很多，60年代開(kāi)始從國(guó)外引進(jìn)，從七十年代開(kāi)始正式研制旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)，通過(guò)自身研究和借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，目前逐步形成了適合我國(guó)國(guó)情的開(kāi)溝機(jī)系列，到現(xiàn)在已經(jīng)有幾十種型號(hào)。其主要型式有四種： （1）鏵式犁開(kāi)溝機(jī) 鏵式犁開(kāi)溝機(jī)屬于從動(dòng)型工作部件，利用“刨削”原理，沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)對(duì)土壤進(jìn)行刨削。加工過(guò)程相對(duì)鏵式犁切削速度要大。鏵式犁型開(kāi)溝機(jī)主要應(yīng)用于蔬菜的栽種和植樹(shù)造林等，我國(guó)主要有KGTP和京HK-14兩種類(lèi)型，KGTP工作原理；隨著機(jī)組前進(jìn)，犁尖入土，開(kāi)軸的土沿著犁體上升。冀板將土推向兩面三刀側(cè)、冀尾板將溝壁壓緊，形成梯形斷面的溝渠，達(dá)到列溝培土的目的。京HK-14開(kāi)溝機(jī)在工作時(shí)，前面的犁

16、鏵起土，分土板片土扣翻到兩面三刀側(cè)，形成農(nóng)藝要求的一種溝型。該機(jī)型入土阻力小，質(zhì)量輕，工作性能好，可以開(kāi)出成型溝，但溝型斷面不平整。 （2）鏈齒式開(kāi)溝機(jī) 1992年，江西省農(nóng)機(jī)研究所和江西農(nóng)業(yè)大學(xué)針對(duì)果園開(kāi)溝，設(shè)計(jì)了與豐收180GV拖拉機(jī)配套的1K-30型鏈齒式開(kāi)溝機(jī)，開(kāi)溝機(jī)通過(guò)鏈條上的刀齒逆向切削土壤，切削垡片由鏈齒出溝面，再由雙向攪龍輸送到溝兩測(cè)，完成開(kāi)溝作業(yè)。 1K-30型鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)主要特點(diǎn)；開(kāi)溝理管時(shí)，溝形一次成型，種植山藥可不開(kāi)溝只松土，刮土板改變刀齒排列，達(dá)到深松土60～100cm，可節(jié)省大量人力。配套拖拉機(jī)功率17～37kw,開(kāi)溝深度600mm、1000mm、1500mm，

17、開(kāi)溝寬度140mm、160mm、200mm、300mm，工作速度200～600m/h。 （3）螺旋式開(kāi)溝機(jī) 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)械研究所又研制出1KS-22型雙軸式。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)出小型矩形溝渠。 （4）圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī) 圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)屬旋轉(zhuǎn)式開(kāi)溝機(jī)，將開(kāi)溝部件做成圓盤(pán)式結(jié)構(gòu)，利用動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削土壤，我國(guó)從七十年代開(kāi)始正式研制，通過(guò)自身研究和借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，

18、目前逐步形成了適合我國(guó)國(guó)情的開(kāi)溝機(jī)系列。定型為東方紅-75拖拉機(jī)配套的1KD-100單圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)和1KD-100雙圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)，為鐵牛-55拖拉機(jī)配套了1K-80雙圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)。結(jié)合我國(guó)國(guó)情出發(fā)的：即要求重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又要求能耗小，生產(chǎn)率高。到80年代，圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)又生產(chǎn)出一系列產(chǎn)品：1KSQ-35型（配套8.8千瓦拖拉機(jī)）、1K-0型、1K-35-1A型、1K-35型、1KH-35型等[5，6]。 2 土壤特性分析 2.1 土壤的分類(lèi) 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

19、具，對(duì)開(kāi)溝機(jī)開(kāi)溝作業(yè)形成阻力。因此，研究土壤特性是研究開(kāi)溝機(jī)的基礎(chǔ)。土是由土粒、水和空氣組成，其數(shù)量比例關(guān)系不僅可描述土的物理性質(zhì)和它所處的狀態(tài)，還可以反映土的力學(xué)性質(zhì)。土壤可簡(jiǎn)單分為粘性土和非粘性土：粘性土顆粒間具有粘聚李，無(wú)粘性土顆粒間沒(méi)有粘聚力。土壤的物理機(jī)械性質(zhì)與土壤固體顆粒粒度及其級(jí)配（既土壤機(jī)械組成）有關(guān)。土壤機(jī)械組成是土壤物理化學(xué)性質(zhì)的重要基礎(chǔ)。土壤按顆粒細(xì)度劃分為礫石質(zhì)土類(lèi)、砂土類(lèi)、亞砂土類(lèi)、粉土類(lèi)、亞粘土類(lèi)、粘土類(lèi)等[9，10]。 砂土顆粒大、孔隙大、易漏水、無(wú)或只有較弱的粘接性、粘附型、塑性，開(kāi)溝阻力小。粘土顆粒細(xì)、孔隙小、滲透性差、蓄水量大，有機(jī)質(zhì)分解慢，有機(jī)質(zhì)

20、含量較多。粘土粘接性、粘附性和塑性強(qiáng)，干時(shí)堅(jiān)硬，濕時(shí)泥濘，開(kāi)溝 阻力大，開(kāi)溝困難。 2.2 土壤物理性質(zhì) 2.2.1 土壤物理性質(zhì)指標(biāo) 土壤的物理特性包含一系列測(cè)定指標(biāo)，主要包括土壤密度、土壤比重、土壤含水量等。土壤密度指單位體積土的質(zhì)量，單位是kg/m3。它與土壤比重的區(qū)別在于土壤比重是將土粒質(zhì)量與同體積4℃時(shí)的純水質(zhì)量相比，比值無(wú)量綱。 土的含水量指土中水分的質(zhì)量與土粒質(zhì)量的百分比，它對(duì)土壤塑性、粘著性有重要的影響。當(dāng)含水量超過(guò)一定值WS時(shí)，粘性土呈現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)含水量小于一定值WX時(shí)，粘性土因失去壓延性而變成固體狀態(tài)。根據(jù)土壤含水量對(duì)塑性影響的高低，土壤還可細(xì)分為

21、粘性土、亞粘土、亞砂土、砂土。 土的粘著性指土粘附在其他物體上的能力。當(dāng)粘性土含水量大于粘著界限Wn時(shí)，土壤開(kāi)始粘附與物理上，土壤的這種特性會(huì)增大開(kāi)溝器犁鏟阻力、減少刀具切削量，影響開(kāi)溝工作進(jìn)行。 除此之外，土壤的物理機(jī)械特性還包括土壤的粘聚力C、內(nèi)摩擦角Φ和密度ρ等。各種土壤物理性能參數(shù)[10]：見(jiàn)表1。 表1 土壤物理性能參數(shù) Table 1 Parameters of the physical properties of soil 塑性土分類(lèi) 粘性

22、 亞粘性 亞砂土 ρ Φ c ρ Φ c ρ Φ c /10kg.m-3/°/MPa /10kg.m-3/°/MPa /10kg.m-3/°/MPa 硬度 2.2 22 0.1 2.2 25 0.06 2.1 28 0.02 半硬 2.1 20 0.06 2.1 23 0.04 2.0

23、26 0.015 低塑 2.1 18 0.04 2.1 21 0.025 2.0 24 0.01 塑性 2.0 14 0.02 1.9 17 0.015 1.9 20 0.005 高塑 1.9 8 0.01 1.9 13 0.01 1.9 18 0.002 流動(dòng) 1.8 6 0.005 1.8 10 0.005

24、 1.8 14 0 2.2.2 土壤的力學(xué)特性 土壤的力學(xué)特性反映了土壤受外力時(shí)土體內(nèi)部的應(yīng)力變化。本文涉及到的土壤力學(xué)知識(shí)只要為極限平衡理論和土壤切削理論。探討這些理論對(duì)后文尋求工作裝置尺寸，設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)、減小功耗有重要意義。 （1） 極限平衡理論 ①受力分析。無(wú)論哪種土體，在受到外力作用時(shí)，都是在剪應(yīng)力作用下失效破壞的。對(duì)于非粘性土，其剪切力符合庫(kù)倫摩擦定律，極限剪應(yīng)力公式為[10] τ，=σtanΦ （1）

25、 式中：τ， 非粘性土土體極限剪應(yīng)力，MPa： σ 土體主應(yīng)力，MPa： Φ 土的內(nèi)摩擦角，°。 對(duì)于粘性土，極限剪應(yīng)力還與粘聚力c有關(guān) τ，，=c + σtanΦ （2） 式中：τ，， 粘性土土體極限剪應(yīng)力，MPa： C

26、 粘聚力，MPa。 粘性土與非粘性土的極限剪應(yīng)力可用圖 1 表示，圖中橫坐標(biāo)σ為主應(yīng)力，縱坐標(biāo)τ為剪應(yīng)力。由圖1可知：無(wú)論粘性土還是非粘性土，極限剪應(yīng)力與主應(yīng)力均為線(xiàn)性關(guān)系，當(dāng)土壤剪應(yīng)力落在直線(xiàn)下方，土壤不會(huì)發(fā)生失效破壞，反之，土壤失效，被剪切。 圖1 土壤極限剪應(yīng)力 Figure 1 Limit shear stress of soil 在開(kāi)溝器刀具切割土壤時(shí)，土體內(nèi)部剪切應(yīng)力在沒(méi)有超過(guò)極限剪切力τ（τ，或τ，，)時(shí)，屬于彈性平衡狀態(tài)：當(dāng)土

27、層內(nèi)部剪應(yīng)力超過(guò)極限剪應(yīng)力τ，（或τ，，）時(shí)，屬于塑性流動(dòng)狀態(tài)。介于兩中狀態(tài)之間即為極限平衡狀態(tài)。參照材料力學(xué)的單元體研究方法，現(xiàn)取土壤單元體為研究對(duì)象，如圖2所示[11]。 土單元體收到來(lái)自四面八方的壓力，因各個(gè)剖面受力情況大致相同，在此只討論一個(gè)面的二向應(yīng)力。土壤的主應(yīng)力有σ1和σ2，且σ1〉σ2，m-n是與主應(yīng)力作用面呈α角的任意斜面。 根據(jù)靜力平衡條件，令ΣX = 0，ΣY = 0 可以求得 （3） 式中：σ1 、σ2 土壤單元體上下底面與側(cè)面主應(yīng)力，MP

28、a τ 土壤剪應(yīng)力，MPa α 主應(yīng)力作用面與m-n面夾角 如圖3為土壤的莫爾應(yīng)力圓，圖中橫坐標(biāo)是主應(yīng)力，縱坐標(biāo)代表土體剪切應(yīng)力，只要知道圖2中的α值，便可找到相應(yīng)的σ和τ值 圖4表示土體的極限平衡條件。由式（3)和圖4可知，在α=45°的截面上τ值為最大，但由于4上σ1 和σ2 所代表的應(yīng)用值與極限剪應(yīng)力相差較大，故此時(shí)土體未發(fā)生破壞。若改變主應(yīng)力值，例如增大 σ1 的值 σ2 不變，或減小σ2值σ1不變，都可增大莫爾應(yīng)力圓的直徑，使應(yīng)力圓與極限剪應(yīng)力線(xiàn)相切

29、圖上的 M, 點(diǎn)表示土體剪應(yīng)力τ 達(dá)到極限剪應(yīng)力τ，，土體處于極限平衡狀態(tài)。若繼續(xù)增大σ1 和σ2的值，莫爾應(yīng)力圓超過(guò)極限剪應(yīng)力，土體發(fā)生塑性流動(dòng)。土體滑移面與最大主應(yīng)力作用面夾角為 （4） 圖2 土單元受力分析 Figure 2 Soil stress of unit 圖3 莫

30、爾應(yīng)力圓 圖4 極限平衡圓 此處已刪除 ③上升土體與刃面摩擦功耗。單元體在克服與土壤摩擦的同時(shí)，還與螺旋系數(shù)的乘積等于此摩擦阻力[20,21]。即 （25） 微塊克服刃面摩擦功耗為 （26) 則有 （27) 式中：μ 土

31、壤外摩擦系數(shù)，取μ=0.6 S 微小土塊沿螺線(xiàn)刀刃運(yùn)行至出口處的弧長(zhǎng)，100m 代入式(27),有W2，，，=50.5W 總輸送功耗： （3) 土塊加速與拋散功耗 土塊加速與拋散的功率消耗可理解為等于土體單元時(shí)間內(nèi)的出口動(dòng)能，因此計(jì)算進(jìn)出動(dòng)能就可知土體加速與拋散消耗功率。根據(jù)物理學(xué)可知，動(dòng)能公式為其中用設(shè)計(jì)生產(chǎn)率表示土塊質(zhì)量m，土塊出口速度，其中vZ是土塊出口時(shí)平均軸向分速度，vP是土塊拋出時(shí)的圓周速度，即有 （28）

32、 式中：[Q] 設(shè)計(jì)生產(chǎn)率，kg/s,Q=19kg/s R， 刀具出口處半徑，R=50mm K 生產(chǎn)率降低系數(shù)，K=0.3 則計(jì)算得到W3=297.6W 3.3 螺旋開(kāi)溝刀具結(jié)構(gòu)結(jié)論 刀具為雙螺旋變導(dǎo)程結(jié)構(gòu)，螺旋角為62.4°。刀具外緣加工成鋸齒形狀。螺旋刀片高度為320，經(jīng)過(guò)以上的設(shè)計(jì)計(jì)算分析，得出開(kāi)溝刀具的總功耗和總扭矩：總功耗為W=W1+W2+W3=4050.08W：總扭矩為 M=9549×N/n = 146.5 N·m 4 螺旋開(kāi)溝機(jī)結(jié)

33、構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 總體方案的設(shè)計(jì) 考慮到桔園的具體作業(yè)環(huán)境，本設(shè)計(jì)決定采用螺旋開(kāi)溝刀具。動(dòng)力通過(guò)農(nóng)夫小精靈的動(dòng)力輸出軸輸出轉(zhuǎn)速為1230r/min，經(jīng)過(guò)小帶輪傳送到刀架上的大帶輪，再由大帶輪通過(guò)軸傳送到錐齒輪減速器；最后再由錐齒輪的下端軸通過(guò)刀具連接軸將動(dòng)力傳送到刀具上進(jìn)行開(kāi)溝作業(yè)，傳遞示，意圖如圖14。有第三部分設(shè)計(jì)可以得知刀具轉(zhuǎn)速約為280r/min， 總傳動(dòng)比定為4.4，帶輪傳動(dòng)比定為2.14，錐齒輪減速器選用傳動(dòng)比約為2.06選用錐齒輪減速器的Z8系列。 考慮到作業(yè)的實(shí)際環(huán)境和使用的方便性，本設(shè)計(jì)的刀具安裝架采用可翻轉(zhuǎn)和拆卸性，當(dāng)開(kāi)溝機(jī)不作業(yè)時(shí)，刀具安裝架可向上翻轉(zhuǎn)

34、，這樣就縮小了開(kāi)溝機(jī)的行走和使用空間；另外，在開(kāi)溝機(jī)長(zhǎng)期不需要工作時(shí)，刀架可拆卸下來(lái)，這樣，農(nóng)夫小精靈手扶拖拉機(jī)就可以用著它用，提高了工具的使用效率，節(jié)約了用戶(hù)的開(kāi)支。 圖14 動(dòng)力傳遞圖 Figure 14 Figure momentum transfer 4.2 主要零部件的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的零部件設(shè)計(jì)均采用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（軟件版）進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和驗(yàn)算 4.2.1 帶輪設(shè)計(jì)參見(jiàn)表4

35、 表4 帶輪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) Table 4 Pulley design data 名稱(chēng) 數(shù)量 單位 傳動(dòng)功率P1 4 KW 主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1 1230 r/min 從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n2

36、 574.766 r/min 傳動(dòng)比i 2.14 設(shè)計(jì)功率pd 5 KW 小帶輪基準(zhǔn)直徑d 114 ㎜ 大帶輪基準(zhǔn)直徑D 500 ㎜

37、 續(xù)表4 名稱(chēng) 數(shù)量 單位 初定軸間距a0 500 ㎜ 所需基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld 4000 ㎜ 實(shí)際軸間距a 500 ㎜ 單根V帶傳遞的功率

38、 2.82 KW 傳動(dòng)比i≠1的功率 0.46 KW 帶速V 7 m/s 小帶輪包角α 165 ° V帶的根數(shù)Z 2 單根V帶的預(yù)緊力

39、 236 N 4.2.2 大帶輪軸的設(shè)計(jì)過(guò)程 （1） 軸的總體設(shè)計(jì)信息如表5 表5 軸總體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) Table 5 Axis design data 名稱(chēng) 數(shù)值 單位 軸的轉(zhuǎn)向方式 單向恒定 軸的工作情況

40、 無(wú)腐蝕條件 軸的轉(zhuǎn)速 575 r/min 功率 4 KW 轉(zhuǎn)矩 66434.78 N·mm 材料牌號(hào) 45 調(diào)質(zhì) 硬度（HB)：230 抗拉強(qiáng)度

41、 650 MPa 屈服點(diǎn) 360 MPa 彎曲疲勞極限 270 MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限 155 MPa 許用靜應(yīng)力 260

42、MPa 許用疲勞應(yīng)力 180 MPa （2） 確定軸的最小直徑如表6 表6 確定軸最小直徑數(shù)據(jù) Table 6 To deterermine the minimum diameter of shaft data 名稱(chēng) 數(shù)值 單位

43、 A值為 115 許用剪應(yīng)力范圍 30～40 MPa 最小直徑的理論計(jì)算值 21.95 mm 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的最小軸徑 22 mm (3) 彎曲應(yīng)力校核如表7 表7 彎曲應(yīng)力校核數(shù)據(jù)

44、 Table 7 Bending stress calibration data 名稱(chēng) 數(shù)值 單位 危險(xiǎn)截面的 X坐標(biāo) 180 mm 直徑 25 mm 危險(xiǎn)截面的彎矩M 120

45、 N·mm 扭矩T 120 N·mm 截面的計(jì)算工作應(yīng)力 -9.22 MPa 許用疲勞應(yīng)力 180 MPa 結(jié)論：25mm處彎曲應(yīng)力校核通過(guò)：彎曲應(yīng)力校核通過(guò) （4） 安全系數(shù)校核表8 表8 安全系數(shù)校核數(shù)據(jù)

46、 Table 8 Calibration factor of safety data 名稱(chēng) 數(shù)值 單位 危險(xiǎn)截面的X坐標(biāo) 170 mm 直徑 25 mm 危險(xiǎn)截面的彎矩M 120 N

47、·mm 扭矩T 146 N·mm 有效應(yīng)力集中系數(shù) 2.05 扭轉(zhuǎn)作用 1.55 截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S 1129.89 許用安全系數(shù)（S） 2.0 結(jié)論：170mm處疲勞強(qiáng)度校核通過(guò) 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算如表9 表9 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算數(shù)據(jù) Ta

48、ble 9 Calculation of critical speed data 名稱(chēng) 數(shù)值 單位 當(dāng)量直徑dv 60.43 ㎜ 軸截面的慣性矩I 654605.89＾4 ㎜ 支承距離與L的比值 0.47 軸所受的重力 400

49、 N 支座形式系數(shù)λ1 9.0 軸的一階臨界轉(zhuǎn)速ner1 24934.97 r/min 4.2.3 角接觸球軸承設(shè)計(jì)報(bào)告 角接觸球軸承設(shè)計(jì)報(bào)告 如表10 表10 角接觸球軸承設(shè)計(jì)報(bào)告 Table 10 Angular contact ball bearing design report 名稱(chēng)

50、 數(shù)值 單位 設(shè)計(jì)參數(shù) 徑向力Fr 900 N 軸向力Fa 400 N 軸頸直徑d1 40 mm 轉(zhuǎn)速n

51、 520 r/min 要求壽命Lh′ 1500 h 溫度系數(shù)ft 1 潤(rùn)滑方式 脂潤(rùn)滑 被選軸承信息 軸承類(lèi)型 角接觸球軸承 軸承型號(hào) 7008AC

52、 軸承內(nèi)徑 d 40 mm 軸承外徑D 68 ㎜ 軸承寬度 B 15 mm 基本額定動(dòng)載荷 C 19000 N

53、 續(xù)表10 名稱(chēng) 數(shù)量 單位 基本額定靜載荷Co 14500 N 極限轉(zhuǎn)速（脂） 8000 r/min 結(jié)論:經(jīng)過(guò)校核，軸承壽命Lh=29648（h），則驗(yàn)算結(jié)構(gòu)合格 4.2.4 深溝球軸承設(shè)計(jì)報(bào)告 深溝球軸承設(shè)計(jì)報(bào)告如表11 表11 深溝球軸承設(shè)計(jì)報(bào)告

54、 Table 11 Reports the design of deep groove ball bearing 名稱(chēng) 數(shù)值 單位 設(shè)計(jì)參數(shù) 徑向力Fr 100 N 軸向力Fa 100 N

55、 軸徑直徑d1 40 ㎜ 轉(zhuǎn)速n 535 r/min 要求壽命Lh′ 5000 h 溫度系數(shù)ft 1 潤(rùn)滑方式 脂潤(rùn)滑

56、 被選軸承信息 軸承類(lèi)型 深溝球軸承 軸承型號(hào) 61908 軸承內(nèi)徑d 40 mm 軸承外徑D 62 mm 軸承寬度B 12 mm 基本額定動(dòng)載荷C

57、 13700 N 基本額定靜載荷Co 9900 N 極限轉(zhuǎn)速（脂） 9500 r/min 結(jié)論：經(jīng)過(guò)校核，軸承壽命Lh=1813071（h)，則驗(yàn)算合格 5 設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，總算完成了桔園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，方案確定和設(shè)計(jì)計(jì)算驗(yàn)證，本次設(shè)計(jì)的開(kāi)溝機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)用與桔園中用于開(kāi)排水溝等開(kāi)溝作業(yè)，免除了人工作業(yè)，提高了勞動(dòng)效率；此開(kāi)溝機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

58、、運(yùn)動(dòng)靈活、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，另外，當(dāng)機(jī)器不作業(yè)時(shí)，可以方便地將機(jī)架拆卸下來(lái)，這樣就減少了機(jī)器的存放空間，除此之外，此開(kāi)溝機(jī)的零件均為常見(jiàn)的材料制造而成，部分零件采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)零件，這些使得成本大大降低，這樣就能更廣泛的為廣大農(nóng)民所接受。 由于個(gè)人能力有限，本次設(shè)計(jì)也存在著一些不足和考慮不周全的地方，由于機(jī)架向旁邊伸出過(guò)長(zhǎng)，其受力較大，簡(jiǎn)單的角鋼焊接結(jié)構(gòu)在壽命方面有影響，在刀具的升降方面，要靠機(jī)架安裝時(shí)的旋轉(zhuǎn)，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度和操作的復(fù)雜度，托架的設(shè)計(jì)不能很好的將機(jī)架的受力傳遞到手扶拖拉機(jī)上，在開(kāi)溝的起始階段，刀具的入土要先靠人工將扶手抬起一定的高度，做好再由尾輪架調(diào)節(jié)好開(kāi)溝的深度，這樣又

59、增加了操作的復(fù)雜度。 經(jīng)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鞏固了大學(xué)所學(xué)的理論知識(shí)，也使個(gè)人的能力得到了一定的鍛煉和提高。 參考文獻(xiàn) [1] 李倩. 立式螺旋開(kāi)溝器及開(kāi)溝機(jī)整機(jī)特性研究[D] 吉林：吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院 院，2007:4-24 [2] 宗躍. 挖溝機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r及市場(chǎng)前景[J]. 工程機(jī)械，2001（7）：50-53 [3] 李金琦. 旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1984：23-30 [4] 尹大慶、韓永俊、張建平. 工程開(kāi)溝機(jī)工作機(jī)理的研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2003（3）：

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65、A.S.Hall.Robust bucket position tracking for a large hydraulic excavator[J]. Mechanism and Machine Theory,2005(40):1-16 致 謝 歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫(xiě)完，在論文的寫(xiě)作過(guò)程中遇到了無(wú)數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師—李明老師，他對(duì)我進(jìn)行了無(wú)私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外，在校圖書(shū)館查找資料的時(shí)候，圖書(shū)館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過(guò)我的各位老師表示最中心的感謝！ 感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫(xiě)作。 感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫(xiě)論文的過(guò)程中給予我了很多你問(wèn)素材，還在論文的撰寫(xiě)和排版燈過(guò)程中提供熱情的幫助。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫(xiě)論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和指正！ 19