分析转动切削状态下土粒在链传动过程中的运动分析平动切削状态下土粒在链传动过程中的运动分析基于的链式开沟机功耗的优化设计与分析目标函数的建立约束条件基于的开沟机功耗的优化小结与讨论结论与展望研究结论不足与展望致谢参考文献附录Ⅰ附录Ⅱ前言前言开沟机的发展概况从运动机理上可以把开沟机分为两种犁式开沟机和旋转开沟机。前者的工作部件不旋转，直接由动力牵引，开沟速度快效率高，但般开沟深度较小，土壤硬度不能太大，且沟形难以保证后者的工作部件旋转，称为铣削式开沟，沟形规整适合各种土壤，但效率较低。国内外开沟机主要有以下几种犁式开沟机割盘式开沟机双圆盘式开沟机回转链式开沟机以及立式螺旋开沟机按功率和开沟大小又可分为自走式和手扶式等，种类较多。国外的开沟机研究及生产较早。早期的犁铧工具就是开沟机的雏形，只不过没有动力驱动，且相关部件和结构原理没有系统地研究。上世纪年代，伴随机械化的普及，些发达国家开始使用机械开沟机进行大范围的农耕作业，大大提高了劳动生产率。随着技术的进步和工作要求的日益增多，开沟设备的研究走进了个新的时代，较为成型的开沟设备不断涌现。到了年代，旋转式开沟机图作为种连续挖土机械已经相当先进。由于它适宜开挖梯形截面的沟渠能均匀散开沟内土壤，因而获得迅速的发展。前苏联意大利和法国都有不同型号的系列产品，其中以前苏联的系列和意大利的系列为代表。由于旋转式开沟机的尺寸大不宜开挖窄沟，年代末开始，对链式开沟机的研究逐渐兴起，到了年代中期，美国已经有了较为成型的链式开沟设备。链式开沟机结构简单，组装方便，多为悬挂于农用拖拉机后端的可拆卸设备。其工作效率突出，且扩大了开沟机的使用范围。伴随着电信光缆和地下管道铺设规模的扩大化，链式开沟机的使用更为广泛。在国内，天津工程机械研究所和长春工程机械厂于年代中期开始合作，研制出我国首台轮斗式开沟机。年代中期，三四个厂家曾分别开发了几种开沟机械，但由于经济性和技术性等原因，未能使开沟机在国内全面推广。现代农装湖州联合收割机有限公司引进美国公司的技术，生产了多功能田园机。该机采用回转链式的结构，图河南凤翔轮盘式开沟机链式开沟机的初步设计通过装配开沟装置实现田园开沟，但是该机成本较高。年天津工程机械研究院利用型拖拉机改装成挖沟机，并于年研制成功了型链刀式开沟机。该机可用于水利管沟和电缆铺设工程，虽为机械传动，但其功率与挖沟效率比，达到了国内外较为先进的水平。该机采用天津拖拉机厂生产的铁牛拖拉机为底盘，后部加设链铲挖沟装置，前部装有回填铲，使其能同时完成挖沟回填综合作业。挖沟装置和回填铲与拖拉机主体都采用螺栓连接，非挖沟作业期间可拆卸下来，恢复拖拉机功能。同年，天津工程机械研究院根据西气东输的需要，开发出型履带式全液压挖沟机。该机最大挖沟宽度可达，最大挖沟深度，挖掘链线速度，作业速度最高可达。由于链式开沟机图设备简单组装方便，可作为悬挂于农用拖拉机后端的可拆卸设备，并且工作效率突出，使用范围广阔。近年来，国内外研制的开沟机多采用回转链式结构。链式开沟机研发现状按照功率大小的不同，链式开沟机有大型中型和小型之分，它们有各自的特点。小型链式开沟机大多为专用设备，使用专用的底盘，结构紧凑，但是功能单，如功率的威猛手扶链式开沟机大中型开沟机生产率高，功耗大，自动化程度高，使用专门的大功率配套动力，其动力机可以挂接多种工程机械设备，如美国凯斯链式开沟机。目前主要的链式开沟机生产厂商均在美国。美国有限公司的产品型开沟机图采用拖拉机牵引，在崎岖不平的地形上能够显示出很高的工作性能。开沟设备挂接马力的标准拖拉机，且不需要对拖拉机的结构做任何修改。该机能应用于多种工作场合，降低了设备成本。图山东巨菱型链式开沟机前言美国的公司是世界知名的农机生产厂商，其系列开沟机有七个机型，功率范围。其最新推出的机型图可根据土壤条件的不同，配备链式开沟器和岩石轮等开沟装置根据土壤硬度和管线直径的大小，可为开沟机选配杯型齿岩石和冻土齿等不同材质和尺寸的链条和齿块。机器的前部同时装有挖掘装置和六向推土板，可实现开沟扩宽和回填的连续作业，大大增强了机器的使用性能和应用范围。国内的开沟机的研究和使用起步较晚。由中国农业机械化科学研究院研制的悬挂式链式开沟机图和型自走式链刀开沟机非常具有代表性。这两种链式开沟机主要用于开挖农田矩形沟槽铺设管道或电缆，以及种植山药等农作物。其特点是投资少台机器能替代几十个工人的工作开沟质量好，沟宽最小可控制到，深度可达，沟直壁陡切削刀片和链条采用特殊材料与工艺制造，使用寿命长。另外这两种机型的工作效率也很高，其中自走式的效率更为突出。整机结构简单，操作方便，维护容易。河北深远机械厂生产的回旋式挖沟机图在国内同类产品中性能较好。该开沟机采用回旋链刀式开沟器，分为大中小三种型号。其小型开沟机的开沟宽度为，深度，工作效率∕中型开沟机的开沟宽度为，深度，工作效率∕大型开沟机的开沟宽度，深度，工作效率∕。该机广泛用于农田灌溉渠道挖掘煤气管道和石油管道铺设地下电缆铺设等各种开沟作业，并配套了墙边路边专用挖沟设备。图链式开沟机图型悬挂式链式开沟机链式开沟机的初步设计链式开沟机的刀片有多种形式，有用于岩石及高硬度土壤挖掘的子弹式图用于高硬度土壤的扁平状刀具用于北方冻土挖掘的形似刨刀的合金刀具及用于普通硬度土壤的杯形刀片图。链式开沟机使用的链条形式较多，通常是在普通链条基础上改进而来的，通用链条原设计是在无固体介质工况下运转的产品，对于适应性还未达到最佳。吉林大学刘晓论等设计了种刀式矿土复合型开沟链条，如图所示。此设计的创新点在于结构新颖，链条夹啮链轮，链节上带有排土壤介质的通槽，从而减少了啮合与传动的阻力，可提高传动效率。图子弹头式刀具图杯形刀片图河北深远机械链式开沟机图新型刀式矿土复合型开沟链前言由于链式开沟机的优越性，本文所研制的开沟机决定采用回转链式开沟机。该机集开沟和排土于体沟深和沟宽都易于调节。当刀片安装角度和排列合理，刃口足够锐利时，土壤切片主要是剪切破坏，可减小阻力，且当个刀片损坏时，可方便的拆卸下来进行更换。课题研究意义在国外，连续式开沟机己经使用的很普遍，地下公用设施的施工都用专业开沟机，很少使用单斗挖掘机。在我国，除少数的单位引进国外的连续式开沟机外，国产开沟机投入使用的较少。随着我国基础设施建设规模越来越大，开沟机施工工程的规模也越来越大，如光缆电缆和管道的铺设等方工作。特别是在农业工程领域大棚作业林地开沟果树开沟和施肥等用工量很大的作业，在我国几乎都用人工完成，劳动强度大，效率低，从而很难提高经济效益。由于果园和林地的环境条件特殊，而现有的开沟机产品大多数以拖拉机或履带式工程机械为平台。所以，研发种适用于果园等环境的开沟机成为必要。表型遥控微耕机性能参数外型尺寸整机质量配套功率遥控范围液压提升能力各档速度ⅠⅡⅢⅣ陕西东明农业科技公司生产的型遥控微耕机是非常适合应用于果园的小型机。该机具有系列优点遥控人力两套操纵系统，可以随机操纵，也可以人机分离图型遥控微耕机链式开沟机的初步设计遥控操纵液压升降，降低了操作人员的劳动强度机具高度仅，通过性能好采用履带行走装置，附着力强，爬坡能力大稳定性强，能防止机具作业中翻倒事故。为了响应国家农业机械化的号召，提高农民工作效率，本文以型微耕机为平台，初步设计了种链刀式开沟机。这种开沟机能充分利用微耕机通过性好的优点，适合在果园林地等环境下使用，从而降低农民在开沟施肥时的劳动强度，提高工作效率。链式开沟机整体参数确定链式开沟机整体参数确定链式开沟机的设计参数开沟机工作环境为果园深度不超过，沟宽限制在。链刀式开沟机的基本参数为开沟宽度开沟深度链条线速度前进速度配套动力动力输出轴转速链式开沟机工作参数的确定开沟机工作链刀的速度矢量关系如图所示，根据运动学原理，可分别推出开沟机的生产率和链刀运动绝对速度。链式开沟机的生产率式中沟宽沟深机组前进速度由图可知，工作链刀的绝对速度图工作链刀速度矢量图链式开沟机的初步设计式中刀片绝对切削土壤颗粒的挤压力作用下直接随链刀做旋转运并和开沟机起向前直线运动，即由点运动到点，此过程的速度分析如图所示。由速度分析图可得平动切削状态下土粒在链传动过程中的运动分析链刀切下的第个土壤颗粒在后续颗粒作用力下开始沿链刀刀尖表面开始向链刀末端以相对速度运动，此时土壤颗粒的运动状态为既沿链刀表面以相对速度运动，又随链刀做平动，还要和开沟图土粒速度分析图图土粒速度分析图图土粒速度分析图链式开沟机工作机理研究机起以速度向前直线运动，即由运动到。此过程的速度分析如图所示。由图可得式中土壤颗粒的绝对速度链式开沟机的前进速度链刀表面的相对速度土壤颗粒随链条转动的线速度式中工作链刀与水平面的倾斜角当运动到链刀根部时，由于受到链条主体表面的阻挡，开始停留在链刀根部和链条主体的连接处，此时的运动状态为随链刀做平动的同时又要跟随开沟机向前运动，即由运动到的过程。速度分析如图所示，由图可得刀片运动到地表以上时，此土壤颗粒开始以相对速度由刀体根部向刀尖运动，同时随链刀做平动又随开沟机向前运动，即由运动到此过程的速度分析如图所示。由图可得图土粒速度分析图图土粒速度分析图图土粒速度分析图链式开沟机的初步设计运动到刀尖即点后以绝对速度相对于地面以角度被抛出，速度分析如图所示。角的大小如下同切削状态下，最后个由链刀切下的土壤颗粒受前切削土壤颗粒和未切削土壤颗粒的挤压力作用下直接随链刀做平动，同时随开沟机向前运动，即由点直接运动到点。此过程的速度分析如图所示。点后以绝对速度相对于地面角度被抛出,速度分析如所示。角的大小如下基于的链式开沟机功耗的优化设计与分析链式开沟机是种高效率的农用机械，对开沟机而言，在满足农艺对沟型要求的前提下，为使开沟机发挥良好的技术效果和经济效益，如何合理选择其结构参数和运行参图土粒速度分析图图土粒速度分析图链式开沟机工作机理研究数，以功耗最小为目标函数的优化设计是链式开沟机结构设计和能耗分析的关键。由于开沟机结构及其工作环境比较复杂，影响其功率消耗的因素很多，主要包括切削厚度切削宽度开沟机水平移动速度链条线速度工作链刀的水平倾角等。文献资料表明，目前关于链式开沟机功率消耗的理论研究报道较少。因此，应用优化工具开展链式开沟机关键参数的优化分析以降低功率消耗具有重要意义。目标函数的建立链式开沟机总功耗式中开沟装置消耗的功率机组前进功耗开沟机装置总功耗根据前面的计算，机组前进速度，则开沟机的理论生产率根据开沟链刀速度矢量图可得刀片的绝对运动速度综合开沟链刀速度矢量图和开沟装置示意图可得