新型植树挖坑机

第二章 方案设计及选择

2.1 挖坑机的设计要求

1) 挖坑机所挖出的坑径与坑深应满足栽植树木的要求[8]。

2) 挖出的坑径要有较好的垂直度，坑壁应整齐，但不宜太光滑，否则不利于根系的生长。

3) 在贫瘠的土地上挖树坑时， 要求出土率在90%以上，以便在坑内添加肥料和表土回填，改善树木的生长条件；在肥土层较厚的土地上挖植树坑时，可以有25%~40%的松土留在坑内。挖坑时，抛出土应在坑的周围，抛土半径不应太大，以便回填方便。

4) 根据造林技术要求，有时挖坑与造林不是相继进行的。此时，挖坑土壤可不出坑，只要求钻头破碎草皮、切断灌根、排出石块、疏松土壤，以便蓄水保墒与熟化土壤，这种挖坑又叫穴状整地[8]。

2.2 植树挖坑机的类型

挖坑机的种类很多。如果按与配套动力的挂接方式对其进行分类，可分为悬挂式挖坑机；手提式挖坑机、牵引式挖坑机和自走式挖坑机。按挖坑机上配置的钻头数量可分为单钻头、双钻头和多钻头掘坑机。挖坑机的钻头根据形状可分为螺旋式钻头螺旋带型钻头、叶片型钻头和螺旋齿式钻头等[2]。对于悬挂式挖坑机，机器悬挂在拖拉机上主要用于地形平缓或拖拉机可以通行的地方，钻头的升降由拖拉机手通过拖拉机液压系统操纵，挖坑直径和深度都比较大，也可以多钻头同时作业。对于手提式挖坑机，机器与汽油发动机装配成整体，由单人或双人手提操作，质量较轻，适用于拖拉机不能通过的地形复杂的山地、丘陵和沟壑地区，挖坑直径和深度都比较小，也可用于果树的追肥及埋设桩柱。牵引式挖坑机的机器装在小车上，由拖拉机牵引，挂接方便，不受拖拉机结构限制，但结构复杂，机动性差。自走式挖坑机设计成整体自走式，挖坑机本身自带动力，通过性较好，技术含量和自动化程度较高，价格昂贵。后两种挖坑机由于局限性较大，在我国应用较少。单钻头挖坑机在我国应用比较普遍，多钻头挖坑机则比较少见。挖坑机的钻头形状多为螺旋式或螺旋带型。

2.3 根据用途和作业条件选购

如果用于山上、坡地种植小树苗，可以选用小型挖穴机，它的配套动力在4千瓦以下，开挖直径约30厘米，深度30-40厘米。目前国产小型挖坑机有以下机型可供选择[3]:①中国农机研究院耕作所研制的与2.2-3.7千瓦手扶拖拉机配套的挖坑机，挖坑直径20-30厘米，深度20-40厘米，生产效率100-150个/小时。②中国第一拖拉机股份公司生产的东方红-IW20/30挖穴机，汽油发动机功率3.7千瓦，机重23.5千克，使用时由2个人握住挖穴机的手柄即可操作。③山东招远市日强农机有限公司生产的DT-ZB4型植树挖坑机，它采用二冲程3.7千瓦汽油机作动力，挖坑直径36厘米，挖坑深度60-120厘米，机重23千克，每1.2分钟可挖坑1个。如果用于小块地或城乡结合部植树，可以选用与小四轮拖拉机配套的中型挖坑机，其开挖直径约30-50厘米，坑深40-50厘米，例如南昌旋耕机厂生产的IW-60型挖坑机如果用于工程施工，则应选用大型挖坑机，它与40.4千瓦(55马力)以上轮式或履带式拖拉机配套，挖坑直径50~60厘米，坑深70-100厘米，例如，云南省热带作物机械厂生产的挖坑机，它由东方红75型履带式拖拉机驱动，可以开挖底径60-80厘米、深70厘米的穴坑，生产率为90个/小时， 机重485千克

[13]

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2.4根据土质和所需洞穴大小选购

如果所需洞穴直径在30厘米、深度在40厘米以下，又是沙壤土，功率消耗较少，可以选用小型挖坑机；如果所需洞穴直径为40一60厘米、深60一70厘米，宜选用中型挖坑机；如果所需洞穴直径在70厘米、深在80厘米以上，又是粘重土壤或者有岩石，则应选用大型挖坑机。

2.5设计方案

根据以上叙述，一下提供八种方案并对每种方案进行分析： 汽油机汽油机汽油机汽油机

离合器离合器

软轴传动十字万向节

软轴传动

减速器钻头 减速器

减速器减速器

钻头 钻头

钻头

带传动（V带）带传动

十字万向节

离合器与带传动之间的选择：

离合器的优缺点：钻头在工作时因遇到石头或树根等障碍物超负荷时，离合器在超负荷状态下自动打滑，从而切断动力的传递，其可以瞬时将动力与传动轴分开，有效的保证了劳动者和挖坑机的安全，其使用时间长，但离合器相对带传动价格更贵不易维修。

带传动的优缺点：同样用于钻头在工作时因遇到石头或树根等障碍物超负荷时，带在超负荷状态下自动打滑来切断动力的传递，带传动效率高而且结构简单，皮带还可以防止过载减低启动冲击，带的价格便宜而且可以随时更换，但安全系数不及离合器，在此过程不及离合器。

本文挖坑机钻头有两种方案：一种是双螺旋钻头：二种是笼式钻头.

挖坑机的钻头是与土壤直接接触的工作部件，由钻杆、钻尖、螺旋翼片组成。按螺旋翼片的头数可分为单头、双头或多头式钻头。实验证明，单头比双头易于入土，尤其是在坚硬土壤情况下，但是平稳性较差。挖坑机工作时螺旋翼片在钻杆的带动下，向下贯入土壤的同时快速旋转，将土壤切削下来并排至坑外，堆在坑穴的四周。挖坑机性能的优劣，直接受到挖坑机钻头的结构形状、工作参数及土壤状况等多种因素的影响。多年来，此领域的研究工作者们除对挖坑机的结构参数、生产效率、振动和噪声等指标进行测试和研究外，还对工作部件的结构形状和参数、工作参数等对机器性能的影响，利用机械土壤动力学的理论，对挖坑机工作部件与土壤相互作用的机理进行了深入研究。

下面分别对本文设计的两种钻头的优缺点进行分析然后确定选择最优方案。 第一种双螺旋钻头：

双螺旋式钻头的优缺点：该钻头采用双螺旋式叶片钻头其结构简单，制造加工方便，在市场上普遍适用，使用中土壤通过最下面切削的土壤产生的推力将上面的土壤进行螺旋式的推出，最后被甩出，因此这样出土需较大的切削力和推力。

第二种笼式钻头：

笼式式钻头的优缺点：这种笼式钻头出土时土壤通过下面的刀片切削直接进入笼中，这样就减少了刀具的切削压力减少了功率的消耗遇到大石头或树根不会对刀具造成严重的损害，但笼式钻头的结构比双螺旋式钻头的结构复杂，市场上很少有这种钻头出售，需要自己加工制造，加工难度打成本高，并且土壤不易被甩出地面。

综上所述经过以上各种条件的考虑最终本文设计

的挖坑机方案为：

汽油机

减速器

软轴传动

离合器

双螺旋式钻头

小结：本章主要对挖坑机的设计要求，挖坑机的类型等进行了详细的介绍，最后选出本文所要设计挖坑机的基本方案，接下来将介绍挖坑机各部分的具体设计，详细过程请看第三章。