小型挖坑機(jī)的研究

周濤

[摘要]本文介紹了手提式挖坑機(jī)的相關(guān)背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、幾種挖坑機(jī)工作原理、技術(shù)性能，應(yīng)用范圍等。通過對原始數(shù)據(jù)的分析比較、方案的論證以及綜合考慮，完成了手提式挖坑機(jī)的總體設(shè)計研究。

[關(guān)鍵詞]手提式挖坑機(jī);設(shè)計;研究。

手提式挖坑機(jī)也叫便攜式挖坑機(jī)，是由單人或雙人操作的便攜式工作機(jī)械。手提式挖坑機(jī)布局緊湊，體積小，重量輕，機(jī)動靈活，適宜于山地、丘陵和35°以下斜度的荒山荒地的造林挖坑工作。

1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)研究現(xiàn)狀在國內(nèi)懸掛式挖坑機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用較為廣泛。內(nèi)蒙古赤峰田豐農(nóng)林機(jī)械廠、山東大豐機(jī)械有限公司、哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司及寧夏自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所等10余家單位進(jìn)行了研究制造和銷售。該類挖坑機(jī)通常具有較大的功率，機(jī)動性較強，能挖較大和較深的坑，大多應(yīng)用于大面積植樹造林，應(yīng)用圍也比較廣。

手提式挖坑機(jī)在我國剛剛嶄露頭角，適用于家庭或地形復(fù)雜地區(qū)的小面積植樹造林，也可用于打樁和樹木追肥挖坑，如哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司生產(chǎn)的3WS-2.8型手提式挖坑機(jī)，采用051A-1型發(fā)動機(jī)最大功率為2.8KW轉(zhuǎn)速為280-320r/min，挖坑尺寸坑徑深度為φ320mm-500mm，質(zhì)量為17.6kg，該機(jī)主要應(yīng)用于地形復(fù)雜的山地丘陵區(qū)和溝壑區(qū)在坡度35以下的荒山荒地，、次生林地以及黃土高原的溝坡進(jìn)行挖坑或整地。國內(nèi)的一些林業(yè)高等院校和科研院所也對挖坑機(jī)進(jìn)行了一些研究分析。關(guān)于挖坑機(jī)的論文大約有幾十篇，涉及鉆頭升土理論及鉆頭臨界轉(zhuǎn)速的研究、鉆頭螺旋面強度的分析以及螺旋升角的選擇問題，還得出了在不同條件下的挖坑機(jī)的動態(tài)力學(xué)參數(shù)，指出了鉆頭轉(zhuǎn)矩的主要影響因素，對挖坑機(jī)的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定起到了指導(dǎo)作用，為國內(nèi)挖坑機(jī)的優(yōu)化設(shè)計提供理了論支持。

國外研究現(xiàn)狀相比之下國外的研究狀況要好一些，由日本生產(chǎn)的自走式高性能挖坑整地機(jī)采用柴油機(jī)作動力，行走腳與輪胎組合，行走裝置為全液壓式，平時用輪胎行駛，坡地靠行走腳行走，適用于坡度高達(dá)56的陡坡林地作業(yè)。作業(yè)時4只腳可上下左右移動，并能保證包括駕駛室在內(nèi)的機(jī)器上半部始終呈水平狀態(tài)。該機(jī)的液壓臂端部可安裝液壓式割灌機(jī)或挖坑機(jī)，每天可挖植樹坑300-400個。實現(xiàn)了一機(jī)多用。日本生產(chǎn)的A-7型手提式挖坑機(jī)質(zhì)量僅為7.0kg，采用H35D發(fā)動機(jī).A8D型挖坑機(jī)可挖坑徑范圍20-200m。德國生產(chǎn)BT120C型挖坑機(jī)如圖6所示發(fā)動機(jī)功率1.3KW，質(zhì)量8.2kg，鉆頭轉(zhuǎn)速190r/min，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩1.7N·m，鉆頭的轉(zhuǎn)矩79.0N·m。英國生產(chǎn)的05H8300型懸掛式挖坑機(jī)和美國生產(chǎn)的懸掛式三鉆頭挖坑機(jī)，鉆頭之間的距離是可調(diào)節(jié)的，即行距可調(diào)，適用于平原地區(qū)的大面積植樹造林，工作效率很高。美國和加拿大生產(chǎn)的手提式挖坑機(jī)，發(fā)動機(jī)與鉆頭采用分離式，通過液壓傳動，驅(qū)動鉆頭工作。美國生產(chǎn)的HYD-TB11H型液壓挖坑機(jī)，質(zhì)量為170kg，最大流量為22.7L/min，最大轉(zhuǎn)速為141r/min，鉆頭最大扭矩349N·m。美國生產(chǎn)的MDL-5B型挖坑機(jī)，發(fā)動機(jī)采用動力為4.1KW的BSIntecProOHV的挖坑機(jī)在工作時發(fā)動機(jī)離操作者有較遠(yuǎn)的距離，大大減少了噪音對操作者的影響，充分考慮了人-機(jī)工程學(xué)原理，有的手提式挖坑機(jī)安裝了1個支點即輪子，使挖坑機(jī)的攜帶比較方便，工作時還可以把挖坑機(jī)的反向轉(zhuǎn)矩釋放給輪體，減小操作者手上的反向力矩，增加其安全性并減輕了操作者的疲勞程度。

2.幾種挖坑機(jī)工作原理、技術(shù)性能

（1）手提式挖坑機(jī)

機(jī)具與小型二沖程汽油發(fā)動機(jī)（2.23—3.73kW）裝置成整體，由單人或雙人操作，主要應(yīng)用于復(fù)雜的山區(qū)、丘陵區(qū)和溝壑區(qū)，在坡度350以下的地區(qū)進(jìn)行造林前的整地和挖坑，同時也可用于果園、桑園、苗圃和城鎮(zhèn)進(jìn)行小樹移植、挖坑追肥以及埋設(shè)樁柱等，坑徑一般在0.3m以內(nèi)。

（2）懸掛式挖坑機(jī)

鉆頭裝置懸掛在拖拉機(jī)的后方、前方或側(cè)向。懸掛機(jī)構(gòu)通過上拉桿、下拉桿以及三個鉸鏈與拖拉機(jī)連接，由拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)操縱其挖坑機(jī)鉆頭裝置升降。它可以挖較大的坑徑和較深的坑。用于拖拉機(jī)可以通過的地區(qū)進(jìn)行挖坑作業(yè)。

（3）自走式挖坑機(jī)

與手扶拖拉機(jī)配套挖坑機(jī)鉆頭旋轉(zhuǎn)的動力源是由底盤上的動力輸出軸經(jīng)過一級皮帶減速、一級直角錐齒輪減速器并直接輸?shù)酵诳訖C(jī)的鉆頭。鉆頭是采用M27螺紋同箱體聯(lián)接，這樣裝拆方便，又能自動防止拆脫，如1W-40型挖坑機(jī)就是與工農(nóng)-3型手扶拖拉機(jī)配套的。該型挖坑機(jī)通過性能較好，但需要人力操縱其鉆頭入土。該型挖坑機(jī)適于在水平帶上作業(yè)或用于茶園施肥、茶苗一只和果園施肥等挖坑作業(yè)。

與汽車底盤配套的挖坑機(jī)，一般是屬于起重地鉆裝置，如D70S（E）起重地鉆機(jī)是由汽車動力輸出、伸出支撐、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、起吊變幅系統(tǒng)、伸縮系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和鉆頭裝置等組成。從汽車的發(fā)動機(jī)中輸出驅(qū)動油泵，是發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，以供機(jī)械的各部分。地鉆裝置主要由帶油馬達(dá)的減速器、鉆頭組成。液壓油通過各控制元件來驅(qū)動油馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，從而通過減速器轉(zhuǎn)動鉆頭軸，有一方軸裝在鉆頭軸中，此軸只要拔出定位銷及管子向下延伸即可增加挖坑的深度。該機(jī)可挖坑徑0.45m、坑深4.5m的坑。QW-1000型挖坑機(jī)基本上是屬于這種類型，但它是車載鉆機(jī)的形式。

3.工作原理

發(fā)動機(jī)通過離合器、減速器而驅(qū)動鉆頭作旋轉(zhuǎn)運動。操作裝置通常采用可拆卸式的手 柄結(jié)構(gòu)。手柄的設(shè)計要求操作靈敏和便于操作發(fā)動機(jī)油門開關(guān)。

4.應(yīng)用范圍

挖坑不僅適用于平原、沙地和丘陵，還能夠用于山地和溝壑，不僅適用于坡度560以下的陡坡林地 的整地挖坑，而且還適用于350以下的坡地挖坑造林。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 包瑞，張純等.常用挖穴機(jī)研究概述 [J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報.2019（06）

[2] 張志敏等.全自動可變徑挖坑機(jī)機(jī)械設(shè)計 [J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報.2018（06）

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