1WK-70 型雙螺旋葉片植樹挖坑機的設計

焦銳斌，王 瑞，史慧鋒，周 欣

（1． 新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械化研究所，新疆 烏魯木齊830091；2． 新疆設施農(nóng)業(yè)工程與裝備工程技術研究中心；3． 農(nóng)業(yè)部林果棉與設施農(nóng)業(yè)裝備科學觀測實驗站；4． 新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)工程公司）

0 引言

隨著地球環(huán)境的日益惡化，需要大量植樹造林，改善環(huán)境，因此，研制經(jīng)濟高效的植樹挖穴機具有重要意義。現(xiàn)在所用挖穴機鉆頭及螺旋葉片結構工藝復雜，易損件安裝不便。因此，本課題組設計了一種雙螺旋葉片挖坑機，工作時，拖拉機的提升臂拖帶懸掛架進行升降，由拖拉機動力輸出軸經(jīng)萬向傳動軸帶動旋轉工作部件完成挖坑作業(yè)[1-2]。

1 整機結構設計

該挖坑機可與小四輪拖拉機三點懸掛配套使用，由懸掛架、帶安全裝置的萬向傳動軸、減速箱、雙螺旋型鉆頭等構成，減速箱由一對錐齒輪傳動組成。懸掛架兩端分別與拖拉機和減速箱鉸合連接，雙螺旋型葉片及鉆頭固定在減速箱的輸出軸上；工作時，拖拉機的提升臂拖帶懸掛架進行升降，由拖拉機動力輸出軸經(jīng)萬向傳動軸帶動旋轉工作部件完成挖穴作業(yè)；該機具有結構簡單、作業(yè)質量好、效率高、移動及通過性能靈活的特點，廣泛應用于植樹造林、施肥集水、埋設樁柱等作業(yè)[3]。

挖坑作業(yè)時，拖拉機液壓懸掛裝置處于浮動狀態(tài)，使鉆頭對準挖坑標記中心靠自重下落，拖拉機的動力輸出軸通過傳動軸和減速器帶動鉆頭旋轉入土，鉆頭切去中心部分土壤，進而鉆頭葉片下端的刀片切削土壤，切下的土壤在離心力作用下被拋向坑壁，并在摩擦力作用下沿著葉片螺旋向上提升到地面拋到坑的周圍，挖到預定深度時，通過液壓懸掛裝置提升鉆頭到運輸狀態(tài)，再轉移到下一個挖坑地點。該機具有結構簡單、作業(yè)質量好、效率高、移動及通過性能靈活的特點，廣泛應用于植樹造林、施肥集水等作業(yè)中。

2 主要技術參數(shù)

3 挖坑機螺旋葉片參數(shù)的計算及加工

3.1 螺旋葉片的計算

在已知螺旋直徑D，螺旋軸直徑d，導程P的條件下，可按下面公式確定下料圓坯。圖中：導程P=280 mm；葉片寬度h；葉片展開里口半徑r；切缺角a；切口旋長c。

（1）計算外螺旋實線長

（2）計算內(nèi)螺旋實線長

（3）計算葉片寬度

（4）計算葉片展開里口直徑

（5）計算切缺口角度

（5）計算切口弦長

根據(jù)以上計算數(shù)值，即可做出展開圖。

3.2 螺旋葉片的加工

螺旋葉片下料用1 塊花紋鋼板，鋼板厚度為2．5 mm，下料尺寸公差為±1 mm，如圖2。拉伸要求：將下好料的葉片車內(nèi)外圓，按要求角度割缺口，缺口兩端面扳錯開，穿在軸上，將各相鄰葉片沿缺口處焊接，一端焊在軸上并將軸固定，另一端焊一拉環(huán)，用倒鏈鋼絲繩卡在拉環(huán)上，將各葉片拉開，邊拉邊量節(jié)距，在測量節(jié)距為設計節(jié)距的1．1 倍時停止拉伸，經(jīng)回縮節(jié)距正合要求。將拉成的葉片焊在軸上即成，保證拉伸長度為300 mm，公差±5 mm。

雙螺旋葉片結構，采用調制處理，表面淬火，設計時，為避免作業(yè)停止后挖坑機出坑導致坑壁碰觸，破壞作業(yè)效果，因此設計螺旋芯軸為下方直徑較大，上方直徑較小，這樣即使機器停止運轉螺旋葉片也能出坑穴，葉片與中間軸焊接固定，與立軸采用花鍵聯(lián)接，銷釘固定。將葉片焊接在芯軸上，采用50 mm 間隔斷焊工藝，保證螺旋葉片不變形、不翹邊，螺旋葉片成形平滑。葉片焊接在芯軸上，采用50 mm 間隔斷焊工藝，保證螺旋葉片不變形、不翹邊，螺旋葉片成形平滑。

4 試驗及分析

對1WK-70 型挖坑機進行了實際挖坑作業(yè)試驗，主要針對挖坑效率及挖坑質量進行檢驗。試驗方式參考牽引式挖坑機相關行業(yè)標準，試驗地點為新疆烏魯木齊市農(nóng)機所院內(nèi)，時間為2019．10 月15-16 日。

（1）通過與東風-30 型拖拉機配套工作，中油門即能作業(yè)，無超負荷現(xiàn)象，溫度不超過40°，工作正常。

（2）鉆頭與螺旋葉片結構合理，工作穩(wěn)定，切削阻力小，機車無大的擺動現(xiàn)象，碎土能力強，并將挖出的土能均布在坑的周圍。

（3）工作效率基本能達到40～50 坑塘/小時且對螺旋葉片、鉆頭易損件損耗較小。