1、双圆盘开沟机的设计和研究摘要 通过对现有开沟机的比较研究，确定了双圆盘开沟机的总体结构，并对该机的主要参数、工作原理、工作部件做了分析。该机结构紧凑，整体布局合理，设计可达到预定效果，具有良好的推广前景。双圆盘开沟机不同于链式开沟机，它采用了铣削原理，通过圆盘部件对土壤进行铣削，具有效率高，开沟沟型完整，土壤抛洒均匀等优点，大大提高了生产率并降低了劳动强度。双圆盘开沟机适用于开挖沟渠鱼塘以及铺设电缆的工作，是农业工程机械中不可或缺的一部分。本次设计运用了液压、机械等方面的知识完成了双圆盘开沟机的设计，包括开沟机传动箱、机身、液压等部分。对传动箱进行了设计，包括齿轮的设计和校核及轴的校核，使该机
2、的设计更加完整，设计中参考了许多国家标准使得双圆盘开沟机在使用中更加方便。关键词： 农业工程机械 双圆盘开沟机 设计Design and Research of the Double-disk TrencherAbstract Through the comparative research of existing ditching machines, we have confirmed the ensemble structure of the double-disk trencher and analys its main parameters, operation principle,
3、working components. It has proved that this machines structure is compact and is rationally and entirely distributed. The design could attains the anticipated result and has good popularization prospects.Unlike chain trencher, which uses the milling principle components of the soil by disc milling,
4、high efficiency, open Gully type complete, the advantages of uniform soil spilled, greatly improving the productivity and reduce labor intensity. Double-disc trencher for digging and laying cable pond work . It is an integral part of agriculture construction machinery. This design used a hydraulic a
5、nd mechanical knowledge to complete the double disc ditching machine design, including ditching machines gear box, body, hydraulic and other parts. Carried out on the gear box design, including gear and shaft design and verification check of the machines design is more perfect, the design reference
6、to a number of national standard makes double-disc trencher more convenient in using.Keywords agriculture engineering double-disc trencher design 共 II 页 第 I 页目 录前言1第 1 章 双圆盘开沟机概述 2 1.1 双圆盘开沟机概念21.2 双圆盘开沟机发展及现状21.2.1 日美俄开沟机发展状况31.2.2 我国开沟机发展状况31.3 双圆盘开沟机研究意义4第 2 章 双圆盘开沟机总体设计52.1 双圆盘开沟机结构组成52.2 双圆盘开沟机
7、工作原理52.3 动力机52.4 工作部件5 2.4.1 结构52.4.2 运动分析52.4.3 参数选择62.5 传动部件82.5.1 传动总轴82.5.2 传动箱82.6 液压部分82.7 机身82.8 悬挂装置82.9 附属装置9第 3 章 双圆盘开沟机传动箱设计计算103.1 直齿圆柱齿轮设计计算103.1.1 轴直齿圆柱齿轮设计计算103.1.2 轴直齿圆柱齿轮设计计算133.2 直齿锥齿轮设计计算163.2.1 轴直齿锥齿轮设计计算163.2.2 轴直齿锥齿轮设计计算193.3 齿轮轴强度校核计算19共 II 页 第 II 页3.3.1 轴强度校核计算193.3.2 轴强度校核计算
8、21结论22致谢23参考文献24共 24 页 第 1 页前 言随着经济的发展，国家对基本建设力度加大，地下管道、电缆铺设工程数量激增，质量要求提高。靠人工开挖，不仅效率低下，沟槽开挖质量欠佳，且不能满足“微创 ”要求。农田基本建设机械种类也很多，开沟机就是其中一种，开沟机主要是用于开掘排灌渠道，是实现农田水利化的重要机具，也可用于造林时开掘带状植树沟。国外开沟机发展有多年历史，国外厂商根据用户的不同需要在开沟机上配备多种工作装置。近年来我国研制生产的旋转开沟机，采用低速一次成沟和切土、抛土功能分开的铣抛盘结构，具有较高的生产效率。双圆盘开沟机工作时由拖拉机的动力输出轴带动开沟机的刀盘旋转，安装
9、在刀盘上的刀齿铣切土壤形成沟渠，同时沟中的土壤被刀齿抛到沟外。这种旋转式开沟机与牵引式开沟机相比，其优点是牵引阻力小，功效高，沟中被挖去的土可均匀撒在沟边两侧地表，也可集中堆在沟沿成埂。我的毕业设计选择的题目是“双圆盘开沟机” ，双圆盘开沟机设计，主要要求双圆盘开沟机实现梯形沟渠的开挖过程。通过两铣削盘铣削土壤，可以做到开沟沟型完整，土壤抛洒均匀。通过设计，分析双圆盘开沟机传动、悬挂、机身等。在进行设计的过程中参考了国家标准和相关专利，对机具的传动箱进行校核分析。由于时间仓促和作者的知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，请各位老师给予批评指正。共 24 页 第 2 页第 1 章 双圆盘开沟
10、机概述开沟机的种类很多，就其动力而言，有与大、中型拖拉机相配套的；也有与手持拖拉机相配套的；就其形式而言，有配置在拖拉机后方的，称之为后置开沟机，有配置在拖拉机前方的，称之为前置式开沟机，也有配置在拖拉机侧边的，还有用拖拉机牵引的。目前使用的开沟机主要是与手扶拖拉机配套的前置式开沟机和后置式开沟机。开沟机按工作部件和工作原理的不同，可以分为铧式开沟犁以铧式犁体为工作部件，实际上就是一个单铧犁。按犁体结构可分为单翼和双翼两种；按挂接方式可分为悬挂式和牵引式两种。沟型按横截面的形状分，有矩形沟和梯形沟两种，可根据不同作物和不同地区对农艺的不同要求选择适宜的沟形。铧式开沟犁在结构和性能上都比较成熟。
11、其优点是结构简单，工作可靠，单位功率小，生产效率高，作业成本低。但结构笨重，牵引阻力大，需与牵引力大的链式拖拉机配套，由于受附着性能的限制，不能充分发挥拖拉机的功率。旋转开沟机利用拖拉机动力，驱动旋转刀齿削土开沟，牵引阻力小，能充分发挥拖拉机的功率，适应性强，作业质量也较好。但传动复杂，制造工艺要求高，单位功率消耗大，生产率比铧式开沟犁低。对于配套动力虽可与牵引力不大的轮式拖拉机配套，但要求选择功率大而行驶速度低的，最好与有爬行档的拖拉机配套工作，旋转开沟机由于优点突出而广泛使用。旋转式开沟机以旋转刀齿为工作部件，按工作部件的类型分为纵向或横向螺旋齿式，倾斜螺旋齿式，转鼓式和旋转盘式等几种。其
12、中旋转盘式开沟机优点较多，应用较广，按旋转盘数分为单盘和双盘两种。挂接方式大都为悬挂式。圆盘式开沟机分为单圆盘式和双圆盘式两种，入土角为钝角，依靠圆盘的旋转进行切土开沟。圆盘开沟机的特点是滚动切土，不易堵塞，开沟阻力小，不挂草，可以在杂草和残茬多的田间工作。1.1 双圆盘开沟机概念双圆盘开沟机由两个铣刀盘进行铣削作业，与拖拉机挂接进行开沟清淤的一种机械。1.2 双圆盘开沟机发展及现状共 24 页 第 3 页开沟机按原理分两种：犁式开沟机和旋转开沟机，犁式开沟机开沟部件不旋转，直接由动力牵引，开沟速度快、效率高，但一般开沟深度较小，土壤硬度不能太大;旋转开沟机则是工作部件旋转，称为铣削式开沟，沟
13、型平整。开沟机主要有以下几种：犁式开沟机、割盘式开沟机、双圆盘式开沟机，回转链式开沟机以及立式螺旋式开沟机。1.2.1 日、美、俄开沟机发展状况国外开沟机发展有五十多年的历史，主要以美国、俄罗斯、法国及近几年发展较快日本等国家主，且国外厂商根据用户的不同需要在开沟机上配备多种工作装置，如推土板、凿孔器、铺缆器等，90 年代北美销售量达近万台。日本小型 ：LT800 手扶链刀开沟机，沟深 80cm 沟宽 27cm ，58 马力；C 15 系列开沟机 沟深 120cm 沟宽 2040cm，18 马力；F75 四轮驱动 沟深 180cm 沟宽 1540cm，14 马力。欧美中型 ：M220 液力驱动
14、 沟深 91cm 沟宽 1015cm 20 马力；PT18 牵引式开沟机 沟深 183cm 沟宽 1015cm ，35 马力驱动，牵引大马力拖拉机；BH 9003P 悬挂式挖沟机沟深 244cm 沟宽 30cm 中马力拖拉机。俄罗斯悬挂式开沟机：aTy161 沟深：160cm 沟宽 2040cm 50 马力拖拉机。 1.2.2 我国开沟机发展状况我国七十年代中期由天津工程机械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、四个厂家分别开发了几种开沟机械，但由于机械性和技术性的等原因未能全面推广。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，主要研究的是轮式开沟
15、机和挖壕机，研制出了 GC60 和军用挖壕机两种开沟机。现代农装湖州联合收割机有限公司引进美国公司技术，产生了 244D 多功能田园机，采用了回转链式结构，但是成本增高。共 24 页 第 4 页图 1.1 双圆盘开沟机工作我国手扶中马力、大马力 1kp100、1kp150、1kp250 开沟铺管机。开沟深：1、1.5、2.5m 和 1k30、1k35 、1k40 圆盘开沟机沟深：30、35、40cm 、1kx100 旋转双圆盘开沟机沟深 100cm 梯形沟等机型。1.3 双圆盘开沟机研究意义开沟机是工程机械的主要机种之一，广泛的应用于农田水利建设、通信电缆及石油管线的铺设、市政施工以及军事工程
16、的建设。开沟机具有专用性强，设备投资少，可连续开掘，工作效率高等特点。国外连续式开沟机已经使用的很广泛，国产开沟机投入使用的较少。随着生产建设的全面启动，开沟施工工程规模越来越大，如基础建设施工开沟、光缆、电缆、管道铺设等方面都面临着巨大的开沟工作量，特别是在农业领域，都是用工量很大的作业，我国几乎用人工完成。农田土地不平整杂草乱石及作物根茬等情况，要求研制适合我国国情的开沟设备，对提高开沟效率、减少人力物力资源浪费，提高劳动生产率有重要意义。根据相关要求，所研制开沟机需要满足的技术指标为：生产效率大于60m/h；开挖深度1m，上口宽1.9m，下口宽0.4m ，沟深1m ；沟槽一次开挖成型，沟
17、型完整。要研究一种双圆盘开沟机用以满足以上要求。共 24 页 第 5 页第 2 章 双圆盘开沟机总体设计2.1 双圆盘开沟机结构组成该机由东方红-75 型拖拉机、传动总轴、传动箱、左右铣刀盘、机架、尾轮、液压装置、安全装置、挡土罩等部分组成。2.2 双圆盘开沟机工作原理双圆盘开沟机是仿照铣削原理加工土壤来完成开沟作业的。工作时拖拉机低速直线前进，铣刀盘轴旋转，刀齿嵌入土壤、切断土壤、抛出土壤、两个铣削盘铣削并抛出本身所占据的沟型断面，中间部分土壤靠自重落到刀盘上，在由刀盘内抛板将这部分土壤抛出。2.3 动力机确定配套动力，要满足机具和各部件的动力的需求，并保证其配套动力合理，另外，考虑到道路、
18、桥梁所需允许通过的机具最大外型尺寸和重量，拟定东方红-75 型拖拉机作动力。2.4 工作部件铣刀盘2.4.1 结构铣刀盘共两件，左右对称布置，由刀齿和盘毂焊合两部分组成，刀齿包括径向切刀和内抛板。2.4.2 运动分析双圆盘开沟机工作时，随着机具的前进，旋转铣刀盘连续不断的切削土壤，并将切除的垡片抛到沟外。因此，旋转刀盘上的刀齿切削土壤时的运动轨迹为一摆线，设双圆盘开沟机刀盘轴心为直角坐标系的原点 O，开沟机前进方向为X 轴，沟坡至沟底的方向为 Y 轴。刀齿端点 M 的运动轨迹可用时间 t 的参数方程如下：X=ut+Rsinwt (1)共 24 页 第 6 页Y=Rcoswt (2)式中：u 为
19、机具前进速度（米/小时） ；R 为刀齿端点 M 至轴心距离（米） ；w 为刀齿旋转角速度（弧度/秒）刀齿 M 点沿 X 轴与 Y 轴的速度分量为：VX=dx/dt=u+Rwcoswt (3)VY=dy/dt=-Rwsinwt (4)刀齿端点 M 放入瞬时切削速度为：V 切 = 222 wRucostUYX（5） 由公式可以看出，机具的前进速度 u 改变时，摆线形状发生变化，刀齿切削垡片的长度厚度改变，即作用在刀齿上的切削阻力发生变化，功率消耗也发生变化。当刀齿回转半径 R 及回转角速度 w 改变时，也使刀齿切削垡片的轨迹发生变化，改变了作用在刀齿的切削阻力，使功率消耗发生变化。刀齿切削土壤时，
20、切下的垡片与刀齿一起运动，使垡片产生离心惯力，R、w 的改变使离心力改变，消耗于垡片与土壤间的摩擦力和抛掷力改变，即由摩擦功和抛掷所产生的功率消耗亦改变。可见，机具前进速度 u，刀齿回转半径 R，角速度 w 是影响开沟机功率消耗的主要因素，合理的选用这些参数，将能改变双圆盘开沟机的性能。2.4.3 参数选择（1） 铣刀盘直径刀盘直径主要取决于沟渠断面的尺寸。一次成型的开沟机，刀盘小端直径 d 应大于沟墙斜面长度 L，一般可取d=（1.21.4 ） L，选择较小的刀盘直径可以使机具的重量减轻。但直径太小时，沟中散土不能顺利的抛出沟外，沟中回土较多。因此应在保证机器工作性能的前提下选择较小直径。要求沟深 1 米，下底宽 0.4 米，上口宽为 1.9 米。在这里选择 d=1.25L，因L=1.25 可以得到 d=1.5625（米） ，D 小 选择 1.56 米刀盘大端直径 D 大 取 1.76 米。（2） 刀盘的线速度 V 的选择圆周速度主要根据土壤情况和对土壤抛掷的要求来选择。圆周速度越高，抛土距离越大抛散也比较均匀，但能量消耗剧增。因此为了减少能量消耗，在
