农用开沟机工作机构设计(附件)
本次设计为了满足开出宽100mm深200mm的沟槽，并且保证所开出的沟槽形状一致、尺寸均匀，采用立柱螺旋开沟机进行其工作机构的设计。首先从多方面分析刀具的转速，再根据发动机输出转速和刀具转速确定机构的总传动比，再分别确定带传动和锥齿轮传动的传动比，依次先对带轮和锥齿轮进行设计，然后依据轴的最小直径对动力传递轴进行设计和校核，其次就是进行刀具连接轴的设计和校核，接下来根据各机构的尺寸参数设计刀具安装架，最后选择合适的轴承，并保证轴承的使用寿命符合要求。并用AutoCAD绘制螺旋刀具、大小带轮、大小直齿锥齿轮、安装架、尾轮、尾轮架、托架等的机构图绘制，最终绘制开沟机工作机构的总装配图。关键词 农用开沟机，工作机构，设计，立柱螺旋式
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
2 螺旋开沟机刀具结构设计 4
2.1 开沟机刀具总体结构要求 4
2.2 开沟刀具参数设计 4
3 主要工作机构的设计 8
3.1 锥齿轮设计 8
3.2 带轮设计 12
3.3 大带轮轴设计 16
3.4 刀具连接轴设计 19
3.5 刀具安装架设计 22
3.6 轴承设计 24
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 引言
1.1 课题研究的目的和意义
我国是农业大国，农田用地基数很大，但符合现代化农田作业方式的地区很少，主要农田作业仍在使用传统的生产方式，而农田果园的灌溉还主要是依靠挖掘沟渠进行灌溉。据统计，我国农田近300万千米的沟渠是由人工或者挖掘机开挖的[5]，这种开沟方式不仅需要较长的时间进行作业，而且人工费和挖掘机的使用费用都比较高，而且所开的沟渠形状不规范、尺寸不一致，这样就导致沟渠后期的人工清淤和修整不方便，甚至会被淤塞导致沟渠废弃。另一方面，我国虽然是资源大国，但是水资源在我国很是紧缺，所以我们必须保护和节约水资源。但是，由于农田灌溉沟渠的不合规，很大一部分水分在沟渠流淌时就损失掉了，单单这样损失的水分就有50 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
%之多[5]，所以开出合规的沟渠是减少农田灌溉水分浪费的必要举措，此外，渠道防渗这种有效的方法也是我们要考虑的主要措施之一。但是我国目前沟渠的情况不容乐观，至少有80%的沟渠没有进行防渗处理，这主要是因为人工挖出的沟渠形状不规范，无法高效地在沟内加装防渗的材料[7]。因此，开沟机是很好的选择，现在我们需要开沟效率高而且质量好的农用开沟机，以代替人工开沟，节约资源、提高效率。
开沟机是进行开沟作业的工作装置，适用范围很广泛，在很多领域都有应用，比如电缆、管路的铺设和农田的灌溉等。时代的进步，中国的经济越来越好了，农用机械也越来越普及，农民普遍用得起开沟机了，那么机械开沟进行灌溉也会很大程度上节省人力提高效率，使农民有更多时间从事其他劳动。多年以来，我国对农用机械没有十分重视，其中也包括农用开沟机，所以才导致现在农用开沟机的品种单一，使用范围窄，没有专业的开沟机定制模式，尤其农村使用率很低。随着集体农庄政策的推动，农业生产越来越趋向大面积集体种植，这样一些效率高而且质量好的农用机械产品必然会在现有和未来市场分得一杯羹，高效的农业作业方式是必然的。国内在农用开沟机的空缺，而国外相关的技术已经十分成熟，但是国外进口农用开沟机的成本高，维修费用高且困难，这样，我国急需研发适合国内农田并且物美价廉的农用开沟机。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
开沟机发展到现在尽管在我国使用率并不是十分高，但是在国外已经十分成熟，开沟机的种类也众多，针对不同土壤特性和工作需求，以及客户对开沟机的要求，其主要种类有：铧式犁、链式开沟机、圆盘式开沟机、螺旋式开沟机等[2]。国外现在还可以根据客户要求对现有类型的开沟机进行改造，研发出更加快捷、高效的开沟机，这种定制服务也可以满足不同人群不同地区的需要[16]。
1.2.1 铧式犁开沟机
铧式犁开沟机可看成机械装置拉动着犁进行开沟作业[4]，其还有切割、破碎和翻转土垡和杂草的作用。铧式犁开沟机的主要工作机构有犁铧、犁壁、犁侧板、犁托和犁柱等，按结构可把铧式犁开沟机分为三角铧、梯形铧、凿型铧等类型，各有各的适用类型，为用户提供了多种选择。有的铧式犁开沟机也更换不同的铧，来满足不同开沟的需要。铧式犁具有体积小但动力大油耗低的特点，由于体积小，其操作灵活性较大，性能较可靠[19]；而且铧式犁具备整体式铸铁变速箱，它比较坚硬，变形情况通常不发生，精度高，能使用很长的时间。但是遇到坚硬的土壤，铧式犁可能会开出深浅不一的沟槽，而且会把较大的石块留在沟槽内，不利于耕种。另外，铧式犁最大的缺陷是耕地时始终向右侧翻土（双向犁除外），所以开沟后的地面会不平整，有时候还要进行整地、平地的作业，这样才能进行播种，否则达不到播种要求。此外，如果土壤很细碎，那么开沟后的两侧土壤又会发生回填，回填量大的话必然会影响所开沟槽的质量。除此之外，铧式犁所开的沟槽深度太浅，如果加大深度，那么对土壤表层的破坏会很大，这样很不利于土壤养分的保存。但是从效率而言，铧式犁开沟机的工作效率很高，若是用于一些小型水沟的开掘，铧式犁开沟机是很好的选择。在20世纪50年代，在农田建设中，铧式犁是最早的设备。比如前苏联的MK－12开沟机犁[6]。像开沟深度不能满足要求铧式犁开沟机不能满足大部分生产的需要，因此没有得到更好的发展。
1.2.2 链式开沟机
链式开沟机主要是链条带动其上刀具进行开沟作业的一种开沟装置[4]，其工作机构主要为动力系统、减速系统、链条传动系统和分土系统，后挂在柴油机的后端，由柴油机动力驱动，使链条带着刀具进行转动，同时又柴油机前进方向和前进速度控制开沟的方向和速度。链式开沟机经济效益高，所开沟槽十分好，可达10～40公分之宽，可达1.5米多深，且沟型直且陡，使用寿命长，效率高，整机结构小，操作上不存在困难，维护起来上手。但是如果刀链转速过大会把土壤抛出，抛向后方的土壤会发生回填；刀链速度过小的话，会造成一些土壤没及时抛出又被转动着进行下一次开沟，这样也会发生回填。在欧美，大型的链式开沟机数量大，多达47种之多，其中还排除了按客户要求定制的机型。此外，国外的一些开沟机制造商开始利用液压驱动来改善刀链速度，以便发动机输出功率维持在一定稳定状态，以保证开出质量良好的沟槽，例如Burkeen和威猛公司首先在11kW级开沟机上使用液压技术[6,8]。另外。为了迎合客户的需要，国外的一些厂商不断增加发动机的功率，并采用双离合变速器，而且不断改善技术以满足排放标准，这样使开沟的规格更加多样化。
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
2 螺旋开沟机刀具结构设计 4
2.1 开沟机刀具总体结构要求 4
2.2 开沟刀具参数设计 4
3 主要工作机构的设计 8
3.1 锥齿轮设计 8
3.2 带轮设计 12
3.3 大带轮轴设计 16
3.4 刀具连接轴设计 19
3.5 刀具安装架设计 22
3.6 轴承设计 24
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 引言
1.1 课题研究的目的和意义
我国是农业大国，农田用地基数很大，但符合现代化农田作业方式的地区很少，主要农田作业仍在使用传统的生产方式，而农田果园的灌溉还主要是依靠挖掘沟渠进行灌溉。据统计，我国农田近300万千米的沟渠是由人工或者挖掘机开挖的[5]，这种开沟方式不仅需要较长的时间进行作业，而且人工费和挖掘机的使用费用都比较高，而且所开的沟渠形状不规范、尺寸不一致，这样就导致沟渠后期的人工清淤和修整不方便，甚至会被淤塞导致沟渠废弃。另一方面，我国虽然是资源大国，但是水资源在我国很是紧缺，所以我们必须保护和节约水资源。但是，由于农田灌溉沟渠的不合规，很大一部分水分在沟渠流淌时就损失掉了，单单这样损失的水分就有50 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
%之多[5]，所以开出合规的沟渠是减少农田灌溉水分浪费的必要举措，此外，渠道防渗这种有效的方法也是我们要考虑的主要措施之一。但是我国目前沟渠的情况不容乐观，至少有80%的沟渠没有进行防渗处理，这主要是因为人工挖出的沟渠形状不规范，无法高效地在沟内加装防渗的材料[7]。因此，开沟机是很好的选择，现在我们需要开沟效率高而且质量好的农用开沟机，以代替人工开沟，节约资源、提高效率。
开沟机是进行开沟作业的工作装置，适用范围很广泛，在很多领域都有应用，比如电缆、管路的铺设和农田的灌溉等。时代的进步，中国的经济越来越好了，农用机械也越来越普及，农民普遍用得起开沟机了，那么机械开沟进行灌溉也会很大程度上节省人力提高效率，使农民有更多时间从事其他劳动。多年以来，我国对农用机械没有十分重视，其中也包括农用开沟机，所以才导致现在农用开沟机的品种单一，使用范围窄，没有专业的开沟机定制模式，尤其农村使用率很低。随着集体农庄政策的推动，农业生产越来越趋向大面积集体种植，这样一些效率高而且质量好的农用机械产品必然会在现有和未来市场分得一杯羹，高效的农业作业方式是必然的。国内在农用开沟机的空缺，而国外相关的技术已经十分成熟，但是国外进口农用开沟机的成本高，维修费用高且困难，这样，我国急需研发适合国内农田并且物美价廉的农用开沟机。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
开沟机发展到现在尽管在我国使用率并不是十分高，但是在国外已经十分成熟，开沟机的种类也众多，针对不同土壤特性和工作需求，以及客户对开沟机的要求，其主要种类有：铧式犁、链式开沟机、圆盘式开沟机、螺旋式开沟机等[2]。国外现在还可以根据客户要求对现有类型的开沟机进行改造，研发出更加快捷、高效的开沟机，这种定制服务也可以满足不同人群不同地区的需要[16]。
1.2.1 铧式犁开沟机
铧式犁开沟机可看成机械装置拉动着犁进行开沟作业[4]，其还有切割、破碎和翻转土垡和杂草的作用。铧式犁开沟机的主要工作机构有犁铧、犁壁、犁侧板、犁托和犁柱等，按结构可把铧式犁开沟机分为三角铧、梯形铧、凿型铧等类型，各有各的适用类型，为用户提供了多种选择。有的铧式犁开沟机也更换不同的铧，来满足不同开沟的需要。铧式犁具有体积小但动力大油耗低的特点，由于体积小，其操作灵活性较大，性能较可靠[19]；而且铧式犁具备整体式铸铁变速箱，它比较坚硬，变形情况通常不发生，精度高，能使用很长的时间。但是遇到坚硬的土壤，铧式犁可能会开出深浅不一的沟槽，而且会把较大的石块留在沟槽内，不利于耕种。另外，铧式犁最大的缺陷是耕地时始终向右侧翻土（双向犁除外），所以开沟后的地面会不平整，有时候还要进行整地、平地的作业，这样才能进行播种，否则达不到播种要求。此外，如果土壤很细碎，那么开沟后的两侧土壤又会发生回填，回填量大的话必然会影响所开沟槽的质量。除此之外，铧式犁所开的沟槽深度太浅，如果加大深度，那么对土壤表层的破坏会很大，这样很不利于土壤养分的保存。但是从效率而言，铧式犁开沟机的工作效率很高，若是用于一些小型水沟的开掘，铧式犁开沟机是很好的选择。在20世纪50年代，在农田建设中，铧式犁是最早的设备。比如前苏联的MK－12开沟机犁[6]。像开沟深度不能满足要求铧式犁开沟机不能满足大部分生产的需要，因此没有得到更好的发展。
1.2.2 链式开沟机
链式开沟机主要是链条带动其上刀具进行开沟作业的一种开沟装置[4]，其工作机构主要为动力系统、减速系统、链条传动系统和分土系统，后挂在柴油机的后端，由柴油机动力驱动，使链条带着刀具进行转动，同时又柴油机前进方向和前进速度控制开沟的方向和速度。链式开沟机经济效益高，所开沟槽十分好，可达10～40公分之宽，可达1.5米多深，且沟型直且陡，使用寿命长，效率高，整机结构小，操作上不存在困难，维护起来上手。但是如果刀链转速过大会把土壤抛出，抛向后方的土壤会发生回填；刀链速度过小的话，会造成一些土壤没及时抛出又被转动着进行下一次开沟，这样也会发生回填。在欧美，大型的链式开沟机数量大，多达47种之多，其中还排除了按客户要求定制的机型。此外，国外的一些开沟机制造商开始利用液压驱动来改善刀链速度，以便发动机输出功率维持在一定稳定状态，以保证开出质量良好的沟槽，例如Burkeen和威猛公司首先在11kW级开沟机上使用液压技术[6,8]。另外。为了迎合客户的需要，国外的一些厂商不断增加发动机的功率，并采用双离合变速器，而且不断改善技术以满足排放标准，这样使开沟的规格更加多样化。
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