桔园开沟机的设计（全套完整有CAD）

在螺旋刃面正前方土壤由于受螺旋面挤压作用而发生破坏，作用在微段的挖掘阻力矩图挖掘土壤时刀具受力分析由参考文献可知式中土壤与金属的外摩擦角，取刀具每转平均进刀量，.由式可得整个刀具的挖掘阻力矩为式中刀轴的空间夹角螺旋角，.土壤内聚力系数至刀轴中心的平均距离，即平均半径参与掘土的刀刃全部长度，平均进刀量。

平均进刀量是刀轴每点进刀量的平均值，即有式中螺旋进刀给速度，刀具转速，半径螺旋线参数方程为式中螺旋圆柱外半径，时间.螺旋刃面微段。

由对数螺线方程可直接导出实际挖土阻力矩。

由于刀具只有半参与挖土，因此它的挖土阻力矩只是整个刀具阻力矩的半，因此有挖掘功率将式代入式有式中对数螺旋刀刃切土部分对应的总转角设为螺旋刀具挖掘功耗为.输送功耗输送功耗指土体被切削后，克服各种阻力并能顺利排出所消耗的功率。

输送功耗包括土壤克服重力做功土块克服周围土壁摩擦后的功耗及上升土体与刃面摩擦后的功耗等。

克服重力做功。

如图所示，立方土体为刀具每转周的切土量。

土壤微块由底面上升至顶上升到顶部所消耗的功率为因此，重力做功为式中，土块克服重力功耗，土壤密度螺旋刃口顶径处值.螺旋刃口底径处.将数值代入式，则有，.图刀具每转切土量临界值后，孔壁对土屑的摩擦力足以使土屑与螺旋叶片之间产生相对运动，土屑就会上升。

这转速的临界值称为临界转速。

与此同时，刀具转速还需满足排土临界转速。

排土临界转速指土壤在叶片上不被挤压而顺利排出所需的最低转速。

理想化假设为便于分析土壤运动和受力关系，现做如下假设在刀具切割土壤的过程中，土壤颗粒不仅作上升运动，而且新切下的土壤会将刀片上的土粒向圆锥轴心挤压，若考虑由此引起的径向力，则分析计算过于复杂，因此忽略径向运动及由此产生的径向力。

为能够同时考虑叶片与坑壁对土壤微粒的作用，忽略土壤间挤压力，在计算时假设土壤颗粒足够大，并作用在外螺旋线上。

由于开沟过程中开沟机前进速度低，因此在研究刀具旋转运动时忽略车体前进速度，简化计算。

忽略螺旋底面与土壤土壤与土壤间的摩擦力模型建立力学建模的建立。

以螺旋叶片上土壤单元体未研究对象，当螺旋刀具以临界转速旋转时，被切下的土壤单元体随螺旋叶片起旋转，由于离心力作用，单元体被甩向坑壁，单元体接触坑壁后，土壤在坑壁摩擦力作用下转速减小，并沿螺旋叶片向上加速运动。

在土块即将上升时，加速度为零，处于临界状态。

此时土壤单元体在以下几种力的作用下平衡重力惯性力，方向指向坑壁，坑壁对土壤单元体的法向反作用力，坑壁对土壤单元体的摩擦力为土壤单元体与孔壁间的摩擦系数方向与螺旋刀具转动方向相反，土壤单元体没有上升运动，其方向水平面夹角为零螺旋刀片对土粒的支撑力，方向垂直也叶片向上螺旋叶片对土壤单元体的摩擦力，方向与叶片平行向下，如图图所示。

土壤单元体在上升过程中的运动轨迹是变导程螺旋线。

图为土壤单元体在临界状态，在三种力的作用下处于动平衡重力坑壁作用于土壤单元体的摩擦力螺旋面作用在土壤单元体上的全反力即螺旋叶片对土壤单元体的支撑力与摩擦力的合力，与法线方向偏转摩擦角结合图图所示，刀具以角速度旋转，土壤单元体在外螺旋线处随叶片起旋转，车体前进速度为，在摩擦力作用下土块以速度沿螺旋刀片加速向上运动此时研究的是般状态，不是临界状态。

是叶片对土壤单元体水平方向的作用力。

与的合力为是土壤单元体运动的绝对速度。

是绝对速度在竖直方向的绝对分量，表面土壤单元体以速度向上运动，。

图俯视土壤单由式可知，土壤极限主应力之比与土壤本身性质有关，并取决于土壤内摩擦角。

粘性土粘性土达到极限平衡时各参数的几何关系图所示由图有因此有图粘性土的极限平衡条件由此可见，粘性土的极限平衡条件比非粘性土的平衡条件复杂，多了粘聚力的影响。

式和式，分别表示非粘性土和粘性土在剪应力达到极限平衡时，主应力之间的关系。

.总结桔根系分布较浅，而且纤细，没有根毛，要求土壤疏松多孔通气良好。

所以土质应用亚沙类土类，土壤对刀具的影响主要为轴向运输，其次为土壤切削，当天气较干旱时，土壤容易板结，脆性较大当多雨湿润时，土壤的粘性较大。

综合考虑，开沟机与土壤的相关参数的设计按满足砾石和粘土进行设计。

螺旋开沟刀具结构设计.开沟机刀具总体结构要求立式螺旋开沟机开挖的构型要求如图，要求开沟机作业速度范围为，图为螺旋开沟机沟型示意图图螺旋开沟机沟型示意图具体设计要求如下开沟机主车体为农夫小精灵手扶拖拉机开沟器直接安装在挂件位置，用链轮连接减速器动力输出轴输出动力开沟器结构简单紧凑，便于制造维修，使用简便沟形成型好，沟底土屑残留少，生产效率高适宜桔园工作换季.开沟刀具参数设计立式螺旋开沟器的设计参数分为结构几何参数和运动参数。

结构几何参数包括螺旋面直径圆锥体高度土壤外运螺旋角螺旋圆内半径犁铲切削刃和沟壁切削刃形状等。

运动参数包括机具前进速度和螺旋刀具转速等。

开沟刀具结构几何参数确定根据土壤特性分析结论，为避免土壤越过上边线掉落，工作部件总高度比实际沟深大，取取工作部件总高度为。

根据沟型要求，螺旋刀具螺旋面外半径为，螺旋体内半径。

为方便排土，刀具需高出沟边定距离，这里选取圆柱体高度。

以上参数根据沟型要求土壤参数等都可确定，唯需要选择的是螺旋角。

螺旋角的选取是降低开沟机功耗提高生产率的关键。

当开沟机前进速度定，抛土动量与螺旋角土的粘着性指土粘附在其他物体上的能力。

当粘性土含水量大于粘着界限时，土壤开始粘附与物理上，土壤的这种特性会增大开沟器犁铲阻力减少刀具切削量，影响开沟工作进行。

除此之外，土壤的物理机械特性还包括土壤的粘聚力内摩擦角和密度等。

各种土壤物理性能参数见表。

表土壤物理性能参数塑性土分类粘性亚粘性亚砂土.硬度半硬低塑塑性高塑流动.土壤的力学特性土壤的力学特性反映了土壤受外力时土体内部的应力变化。

本文涉及到的土壤力学知识只要为极限平衡理论和土壤切削理论。

探讨这些理论对后文寻求工作装置尺寸，设计合理结构减小功耗有重要意义。

极限平衡理论受力分析。

无论哪种土体，在受到外力作用时，都是在剪应力作用下失效破坏的。

对于非粘性土，其剪切力符合库伦摩擦定律，极限剪应力公式为，式中，非粘性土土体极限剪应力，土体主应力，土的内摩擦角，。

对于粘性土，极限剪应力还与粘聚力有关式中粘性土土体极限剪应力，粘聚力，。

粘性土与非粘性土的极限剪应力可用图表示，图中横坐标为主应力，纵坐标为剪应力。

由图可知无论粘性土还是非粘性土，极限剪应力与主应力均为线性关系，当土壤剪应力落在直线下方，土壤不会发生失效破坏，反之，土壤失效，被剪切。

在于前者是开挖大型沟渠的大型机械，且能次性成沟，所采用的是切抛分开型的刀齿后者是临时性的小沟渠，采用的是切抛合型的刀齿，。

国外开沟机的代表机型有切削链式开沟机螺旋助推式开沟机侧置式公路开沟机圆盘旋转式开沟机，主要特点是以大功率，重机型为主，功耗大，体积也大。

国内开沟机我国开沟机的种类很多，年代开始从国外引进，从七十年代开始正式研制旋转开沟机，通过自身研究和借鉴国外的经验，目前逐步形成了适合我国国情的开沟机系列，到现在已经有几十种型号。

其主要型式有四种铧式犁开沟机铧式犁开沟机属于从动型工作部件，利用“刨削”原理，沿直线运动对土壤进行刨削。

加工过程相对铧式犁切削速度要大。

铧式犁型开沟机主要应用于蔬菜的栽种和植树造林等，我国主要有和京两种类型，工作原理随着机组前进，犁尖入土，开轴的土沿着犁体上升。

冀板将土推向两面三刀侧冀尾板将沟壁压紧，形成梯形断面的沟渠，达到列沟培土的目的。

京开沟机在工作时，前面的犁铧起土，分土板片土扣翻到两面三刀侧，形成农艺要求的种沟型。

该机型入土阻力小，质量轻，工作性能好，可以开出成型沟，但沟型断面不平整。

链齿式开沟机年，江西省农机研究所和江西农业大学针对果园开沟，设计了与丰收拖拉机配套的型链齿式开沟机，开沟机通过链条上的刀齿逆向切削土壤，切削垡片由链齿出沟面，再由双向搅龙输送到沟两测，完成开沟作业。

型链式开沟机主要特点开沟理管时，沟形次成型，种植山药可不开沟只松土，刮土板改变刀齿排列，达到深松土，可节省大量人力。

配套拖拉机功率，开沟深度，开沟宽度，工作速度。

螺旋式开沟机年东北农业大学针对了泥炭沼泽地的产物的开采而设计了种型立式螺旋式开沟机，其工作部件采用锥螺旋式搅龙切抛土，可开挖出较大型梯形沟渠。