劉琳

摘要：鉆頭是挖穴機(jī)的重要工作部件，鉆頭的設(shè)計(jì)直接影響挖穴機(jī)的工作性能。針對W40型懸掛式挖穴機(jī)的鉆頭進(jìn)行設(shè)計(jì)，闡述其整體結(jié)構(gòu)、工作原理及主要參數(shù)的選擇與計(jì)算，詳細(xì)說明各主要部件的設(shè)計(jì)，以期為挖穴機(jī)鉆頭的結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：螺旋鉆頭；挖穴機(jī)；結(jié)構(gòu)；參數(shù)；設(shè)計(jì)；計(jì)算

中圖分類號：S776.262 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）04-0028-02

W40型懸掛式挖穴機(jī)主要由懸掛機(jī)架、變速箱、鉆頭等組成（如圖1所示），懸掛在拖拉機(jī)的后方或側(cè)方，由液壓機(jī)械操縱其升降，挖穴直徑400 mm，挖穴深度400 mm，螺旋頭數(shù)2個。鉆頭是挖穴機(jī)的重要工作部件之一，鉆頭的設(shè)計(jì)對于挖穴機(jī)的工作性能具有直接影響。

1 螺旋鉆頭的整體設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

挖穴機(jī)的鉆頭主要由方軸套、刮土器、鉆軸、螺旋片、刀座、鉆頭座、鉆頭、刀片等組成（如圖2所示）。變速箱的輸出軸與鉆頭的方軸套連接。鉆軸采用無縫鋼管制成，上端焊接方軸套，與變速箱輸出軸相連；下端焊接鉆尖座，用于安裝鉆尖。螺旋片用于起升土，由5 mm鋼板制成，表面光滑平整；螺旋片下端焊接刀座，用于安裝刀片。刀片與螺旋面的接合處應(yīng)平整密合，間隙不大于0.5 mm，不允許螺旋面高出刀片。

1.2 工作原理

作業(yè)時，通過拖拉機(jī)的動力輸出軸、萬向傳動軸和變速箱帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，刀片切下的土壤沿螺旋上升輸送，當(dāng)土壤升至地面時，在慣性離心力的作用下，被拋至穴的周圍地面上，切土、升土、拋土過程的連續(xù)進(jìn)行，完成挖穴作業(yè)。

1.3 參數(shù)選擇與計(jì)算

已知W40型懸掛式挖穴機(jī)的挖穴直徑D0=400 mm、穴深H0=400 mm，以及土壤情況。

1.3.1 螺旋升角α 為保證較高的輸送效率，對懸掛式挖穴機(jī)取螺旋升角α=15.0～22.0 °。本設(shè)計(jì)選取α=18.0 °。

1.3.2 螺旋導(dǎo)程H 螺旋導(dǎo)程H=πD0tgα，將D0=400 mm，α=18.0 °代入，可得：H=3.14×400×tg18.0 °≈408（mm）。

1.3.3 鉆頭直徑D 由于挖穴過程中鉆頭擺動會使穴徑擴(kuò)大，鉆頭直徑D應(yīng)比挖穴直徑D0略小，取D=0.95D0。將D0=400 mm代入，可得：D=0.95×400=308（mm）。

1.3.4 進(jìn)給量S 一般進(jìn)給量取10～60 mm。鉆頭進(jìn)給量S與螺旋外緣一點(diǎn)運(yùn)動方向與水平面的夾角ξ的關(guān)系由下式確定：S=πD0tgξ。一般ξ=0.4～1.0 °，本設(shè)計(jì)選取ξ=0.7 °，代入，可得：S=3.14×400×tg0.7 °≈18（mm）

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1 刀片

刀片是挖穴機(jī)的主要切土工作零件，也是易磨損零件。本設(shè)計(jì)采用雙刃形刀片（如圖3所示），當(dāng)一面發(fā)生磨損后，可以調(diào)換另一面使用。刀片材料為65Mn。刀片的厚度為8 mm，刃角為25 °，刃厚度為1 mm。刃部淬火區(qū)域?qū)挾葹?5～35 mm，硬度為HRC50～57；非淬火區(qū)硬度不大于HRC35。刀片熱處理后不得有裂紋，平面度不大于1 mm。刀片用沉頭方形螺釘安裝在刀座上，刀片與螺旋面的拼合處應(yīng)密合平整，不允許螺旋面有高出刀片的臺階。2個切土刀片的刀刃應(yīng)在同一水平面內(nèi)，誤差不大于2 mm。

2.2 鉆尖

鉆尖用于鉆頭的定位。本設(shè)計(jì)采用叉形鉆尖（如圖4所示）。鉆尖材料為65Mn。鉆尖的回轉(zhuǎn)半徑Dx一般為100～140 （mm），本設(shè)計(jì)取Dx=100 （mm）。鉆尖伸出刀片刃的長度一般為Hx=（0.9～1.1）Dx，本設(shè)計(jì)取Hx=Dx=100 （mm）。定位鉆尖刃口淬火區(qū)域?qū)挾葹?5 mm，硬度為HRC50～55；非淬火區(qū)硬度不大于HRC30。鉆尖熱處理后不得有裂紋，平面度不大于1 mm。

2.3 刮土器

為防止已升到穴面周圍的松土回落穴內(nèi)，在鉆頭上部安裝刮土器（如圖5所示）。刮土器的回轉(zhuǎn)半徑D1=（1.12～1.13）D0，本設(shè)計(jì)取D1=1.13D0=1.13×400=452 （mm）。參考文獻(xiàn)

[1] 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國農(nóng)業(yè)技術(shù)出版社，2007.

[2] 李粵，何寄平，賈成真.挖穴機(jī)鉆頭刀片相關(guān)參數(shù)的研究[J].中國農(nóng)機(jī)化，2007（6）：72-75.

[3] 張世杰.懸掛式小型液壓植樹挖穴機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].農(nóng)產(chǎn)品加工：學(xué)刊，2010（4）：83-85.

[4] 張洪，張學(xué)軍，鄢金山，等.密植果園挖穴施肥機(jī)挖穴鉆頭的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2013（2）：39-41.