行走式植树挖坑机的工作原理及结构分析
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皮带轮连接 ， 花键轴带 动组合式 刀盘机构转 动 ， 完成 挖坑作业 。减速器输 出轴通过联轴器与花键轴相连 ， 带动花键轴转动 ， 进 而带动花键连接套转动。右边是
一
个可以转动但不 能轴 向窜 动的可 同花键 连接套 配
头为螺旋式 、 提升机构为 三点式 ， 动力 为拖拉 机挂靠 式的结构 。其特点是整体结构 简单 ， 但刀具复杂不可 更换 ， 同时挖头产生不断变化 的侧压力导致拖拉机 的 摇晃和振动 ， 阻力增大 ， 工作稳定性差 ， 使用范 围也受
２ ０ ｌ ３年 ２月
农 机 化 研 究
第 ２期
行 走 式 植 树 挖 坑 机 的 工 作 原 理 及 结 构 分 析
黄 伟 ，娄 玉 印 ，韦 宁 ，杨 龙 宝 ，郑广 平
（ 广 西 大 学 机械 工 程 学 院 ，南 宁
摘
５ ３ ０ ０ ０ ４ ）
要 ： 基 于保 护 环 境 的原 则 ， 针 对 传 统植 树 挖 坑 机 的 缺点 ， 研 发 了一 种 挖坑 质 量 高 、 速度 快 、 安 全 可靠 、 劳 动 强
盘
低， 且能适应不 同坑深要求 、 地形 变化 和土壤硬度 等
条 件 的新 型挖 坑 机 。本 新 型挖 坑 机 以发 动 机 为 动 力 ，
代替传统的拖 拉机 ， 从 而 降低 挖坑 机 的制作 成本 ， 并 且将原来的立体式刀盘改变 为平面式刀盘 ， 减少整机 的 占用 空 间 。本 文 利 用 有 限 元 理 论 结 合 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软 件， 对挖坑机 的各零 件进行结 构分 析 ， 验证 其 刚度 和 强度 。此方法对提高挖坑机 的寿命 、 加 工精 度和降低
收稿 １ ３ 期 ：２ ０ １ ２ — ０ ３ —１ ３
基金 项 目：自走式 新型挖坑机研发 项 目（ ２ ０ ０ ９ Ｇ Ｊ Ｅ１ ０ ０ ３ １ ）
作者 简介 ：黄 伟 （ １ ９ ６ ３ 一 ） ， 男， 南 宁人 ， 教 授， 博 士， （ Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ）
ｌ ｏ ｕ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ。
第 ２期
行力 学 分析 对 整 个 刀 盘 挖 土性 能 起 到 至 关 重 要 的作
用 。建 立 的切 削刀 片 数学 模 型如 图 ４所示 。
手
图 ４ 切 削 刀 片 的 数 学模 型
由分 析得
图 ３ 新 型 挖 坑 机 后 视 图
Ｐ １ ：２ Ｔ １ ｃ ０ ｓ 卢＋丁 ｃ Ｉ ０ ｓ （ ＋ｏ ｄ ２ ）＋ｚ １ ｃ ０ ｓ （ 卢一 ／ ２ ）＋
度低 、 挖 坑 成 本 低 以及 能 适 应 不 同坑 深 要 求 、 地 形 变 化 和 土 壤 硬 度 等 条 件 的 新 型 植 树 挖 坑 机 。分 析 了植 树 挖 坑 机 的工 作 原 理 ， 对刀 盘 进 行 了受 力分 析 ， 采用 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ参数 化 设 计 语 言 建立 了挖 坑 机各 零 件 的有 限元 模 型 。 有 限元 分 析 的结 果 表 明 ： 新 型 行 走 式植 树 挖 坑 机 能够 满足 工 作 要 求 ， 并 且 挖 坑 机 的各 零 件 能 够 满足 刚度 和 强度 要 求 。
给运 动 。
式 中 Ｏ ／ 一 切削 刀片 刃角 （ 。 ） ；
一
切 削刀 片与地 面 的夹角 （ 。 ） ； 刃面 上 的法 向摩 擦 阻力 ， Ｔ＝ ×Ｎ（ Ｎ） ；
构。手动进给机构 的手轮通过 驱动杆与 一组锥齿 轮
的 １个齿 轮 连 接 ， 经齿 轮轴连接齿 轮 ， 通 过 齿 轮 齿 条
带动套筒完成纵向进给运动 ； 自动进给机构 由传动轴
上 的链 轮带 动 减速 器 ， 通 过 减 速 器 的减 速 与 换 向将 动 力传 给 齿 轮轴 上 的齿 轮 ， 进 而 驱 动 齿 条 实 现 刀 盘 的 进
刀 盘进 给 机 构 分 为 手 动 进 给 机 构 和 自动 进 给 机
Ｎ】 （ ＋ｏ ｒ ／ ２ ）一Ｎ ｓ ｉ ｎ （ ／ ３一ｏ Ｊ２ ） Ｐ ２＝２ Ｔ １ ｓ ｉ Ｈ ＋Ｔ ｓ ｉ ｎ （ ／ ３＋ ／ ２ ）＋Ｔ ｓ ｉ ｎ （ ／ ３一 ／ ２ ）一 Ｎ１ ｃ ０ ｓ （ 卢 ＋ｏ ． ／ ２ ）＋Ｎｃ ｏ ｓ （ 卢一ｏ Ｊ ２ ）
很 大 限制 。
合 的锥齿 轮。通过 手柄绕 固定 支点转 动和限位装 置
利用拨叉将花键连接套 固定在 ３ 个不 同的位置上 ， 以
实 现 不 同 的进 给方 式 和行 走方 式 。
针对传统植树挖坑机 的缺点 ， 本文研发 了一种挖
坑 质量 高 、 速度快 、 安 全可靠 、 劳动 强度低 、 挖 坑 成 本
成 本 具 有重 要 的指导 意 义 。
图 １ 组合式刀盘结构图
１ 新 型 挖 坑 机 工作 原 理
本新型植树 挖坑机包括 动力机构 、 传动机 构 、 进 给机构 、 行走机构 、 组合式刀盘机构 （ 组 合式刀盘如 图 １ 所示） 和机架（ 挖坑机结构如 图 ２和图 ３ 所示 ） 。 动力选用独 立 的柴 油机。柴油机 与离合 器通过
前轮
通讯 作者 ：娄玉 印 （ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 男， 山东聊 城人 ， 硕 士研 究生 ， （ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ）
ｌ ｏ ｕ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ＠１ ６３． ｔ ｏ ｍ。
图２ 新型挖坑机正视 图
・
３ ５・
２ ０ １ ３年 ２月
农 机 化 研 究
关键 词 ：植树挖坑机 ；有限元 ；Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 中图分类号 ：￥ ７ ７ ６ ． ２ ６ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ３ － １ ８ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ ０ ３ ５ － ０ ５
０ 引言
基 于保 护 环境 的原 则 ， 植 树 造 林 已成 为 广 大 民众 的公共 意 识 。 目前 ， 国 内外 植 树 挖 坑 机 基 本 上 采 用 挖
皮带轮连接 ， 花键轴带 动组合式 刀盘机构转 动 ， 完成 挖坑作业 。减速器输 出轴通过联轴器与花键轴相连 ， 带动花键轴转动 ， 进 而带动花键连接套转动。右边是
一
个可以转动但不 能轴 向窜 动的可 同花键 连接套 配
头为螺旋式 、 提升机构为 三点式 ， 动力 为拖拉 机挂靠 式的结构 。其特点是整体结构 简单 ， 但刀具复杂不可 更换 ， 同时挖头产生不断变化 的侧压力导致拖拉机 的 摇晃和振动 ， 阻力增大 ， 工作稳定性差 ， 使用范 围也受
２ ０ ｌ ３年 ２月
农 机 化 研 究
第 ２期
行 走 式 植 树 挖 坑 机 的 工 作 原 理 及 结 构 分 析
黄 伟 ，娄 玉 印 ，韦 宁 ，杨 龙 宝 ，郑广 平
（ 广 西 大 学 机械 工 程 学 院 ，南 宁
摘
５ ３ ０ ０ ０ ４ ）
要 ： 基 于保 护 环 境 的原 则 ， 针 对 传 统植 树 挖 坑 机 的 缺点 ， 研 发 了一 种 挖坑 质 量 高 、 速度 快 、 安 全 可靠 、 劳 动 强
盘
低， 且能适应不 同坑深要求 、 地形 变化 和土壤硬度 等
条 件 的新 型挖 坑 机 。本 新 型挖 坑 机 以发 动 机 为 动 力 ，
代替传统的拖 拉机 ， 从 而 降低 挖坑 机 的制作 成本 ， 并 且将原来的立体式刀盘改变 为平面式刀盘 ， 减少整机 的 占用 空 间 。本 文 利 用 有 限 元 理 论 结 合 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软 件， 对挖坑机 的各零 件进行结 构分 析 ， 验证 其 刚度 和 强度 。此方法对提高挖坑机 的寿命 、 加 工精 度和降低
收稿 １ ３ 期 ：２ ０ １ ２ — ０ ３ —１ ３
基金 项 目：自走式 新型挖坑机研发 项 目（ ２ ０ ０ ９ Ｇ Ｊ Ｅ１ ０ ０ ３ １ ）
作者 简介 ：黄 伟 （ １ ９ ６ ３ 一 ） ， 男， 南 宁人 ， 教 授， 博 士， （ Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ）
ｌ ｏ ｕ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ。
第 ２期
行力 学 分析 对 整 个 刀 盘 挖 土性 能 起 到 至 关 重 要 的作
用 。建 立 的切 削刀 片 数学 模 型如 图 ４所示 。
手
图 ４ 切 削 刀 片 的 数 学模 型
由分 析得
图 ３ 新 型 挖 坑 机 后 视 图
Ｐ １ ：２ Ｔ １ ｃ ０ ｓ 卢＋丁 ｃ Ｉ ０ ｓ （ ＋ｏ ｄ ２ ）＋ｚ １ ｃ ０ ｓ （ 卢一 ／ ２ ）＋
度低 、 挖 坑 成 本 低 以及 能 适 应 不 同坑 深 要 求 、 地 形 变 化 和 土 壤 硬 度 等 条 件 的 新 型 植 树 挖 坑 机 。分 析 了植 树 挖 坑 机 的工 作 原 理 ， 对刀 盘 进 行 了受 力分 析 ， 采用 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ参数 化 设 计 语 言 建立 了挖 坑 机各 零 件 的有 限元 模 型 。 有 限元 分 析 的结 果 表 明 ： 新 型 行 走 式植 树 挖 坑 机 能够 满足 工 作 要 求 ， 并 且 挖 坑 机 的各 零 件 能 够 满足 刚度 和 强度 要 求 。
给运 动 。
式 中 Ｏ ／ 一 切削 刀片 刃角 （ 。 ） ；
一
切 削刀 片与地 面 的夹角 （ 。 ） ； 刃面 上 的法 向摩 擦 阻力 ， Ｔ＝ ×Ｎ（ Ｎ） ；
构。手动进给机构 的手轮通过 驱动杆与 一组锥齿 轮
的 １个齿 轮 连 接 ， 经齿 轮轴连接齿 轮 ， 通 过 齿 轮 齿 条
带动套筒完成纵向进给运动 ； 自动进给机构 由传动轴
上 的链 轮带 动 减速 器 ， 通 过 减 速 器 的减 速 与 换 向将 动 力传 给 齿 轮轴 上 的齿 轮 ， 进 而 驱 动 齿 条 实 现 刀 盘 的 进
刀 盘进 给 机 构 分 为 手 动 进 给 机 构 和 自动 进 给 机
Ｎ】 （ ＋ｏ ｒ ／ ２ ）一Ｎ ｓ ｉ ｎ （ ／ ３一ｏ Ｊ２ ） Ｐ ２＝２ Ｔ １ ｓ ｉ Ｈ ＋Ｔ ｓ ｉ ｎ （ ／ ３＋ ／ ２ ）＋Ｔ ｓ ｉ ｎ （ ／ ３一 ／ ２ ）一 Ｎ１ ｃ ０ ｓ （ 卢 ＋ｏ ． ／ ２ ）＋Ｎｃ ｏ ｓ （ 卢一ｏ Ｊ ２ ）
很 大 限制 。
合 的锥齿 轮。通过 手柄绕 固定 支点转 动和限位装 置
利用拨叉将花键连接套 固定在 ３ 个不 同的位置上 ， 以
实 现 不 同 的进 给方 式 和行 走方 式 。
针对传统植树挖坑机 的缺点 ， 本文研发 了一种挖
坑 质量 高 、 速度快 、 安 全可靠 、 劳动 强度低 、 挖 坑 成 本
成 本 具 有重 要 的指导 意 义 。
图 １ 组合式刀盘结构图
１ 新 型 挖 坑 机 工作 原 理
本新型植树 挖坑机包括 动力机构 、 传动机 构 、 进 给机构 、 行走机构 、 组合式刀盘机构 （ 组 合式刀盘如 图 １ 所示） 和机架（ 挖坑机结构如 图 ２和图 ３ 所示 ） 。 动力选用独 立 的柴 油机。柴油机 与离合 器通过
前轮
通讯 作者 ：娄玉 印 （ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 男， 山东聊 城人 ， 硕 士研 究生 ， （ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ）
ｌ ｏ ｕ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ＠１ ６３． ｔ ｏ ｍ。
图２ 新型挖坑机正视 图
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３ ５・
２ ０ １ ３年 ２月
农 机 化 研 究
关键 词 ：植树挖坑机 ；有限元 ；Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 中图分类号 ：￥ ７ ７ ６ ． ２ ６ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ３ － １ ８ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ ０ ３ ５ － ０ ５
０ 引言
基 于保 护 环境 的原 则 ， 植 树 造 林 已成 为 广 大 民众 的公共 意 识 。 目前 ， 国 内外 植 树 挖 坑 机 基 本 上 采 用 挖