基于新型刀式礦土復(fù)合型開溝鏈的鏈?zhǔn)介_溝機(jī)設(shè)計(jì)_劉曉論

1、基于新型刀式礦土復(fù)合型開溝鏈的鏈?zhǔn)介_溝機(jī)設(shè)計(jì)劉曉論1,姜 斌2,張 軍3,盧 峰2,李金艷2(1.吉林大學(xué)鏈傳動(dòng)研究所,長春 130025;2.吉林大學(xué)機(jī)械學(xué)院,長春 130025;3.吉林化學(xué)工業(yè)公司,吉林 132021摘要:介紹了一種新開發(fā)的開挖窄深溝的開溝鏈,并以這種鏈為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一種新式開溝機(jī),通過對(duì)阻力和功率消耗的理論分析,對(duì)開溝機(jī)設(shè)計(jì)中各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算方法進(jìn)行了研究,并對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了確定。關(guān)鍵詞:開溝鏈;設(shè)計(jì);計(jì)算方法中圖分類號(hào):T H 122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1006-0006(200606-0052-02Desi g n o f Chain D itcher w it

2、 h Ne w M i n eral D itchi n g ChainLIU X iao -lun 1,JI ANG B in 2,Z HANG Jun 3,LU F eng 2,LI J in-yan2(1.Cha i n D r i ve A cademe ,Ji L i n U n i versity ,ChangChun 130025,China ;2.Instit ute o fM echan ical Science and Eng i neer i ng ,Ji L i n U n i versity ,ChangChun 130025,Ch i na ;3.Ji L i n

3、Che m ica l Industr i a l Co m pny ,Ji L i n 132021,ChinaAbstr ac:t T his a rti c l e i ntroduces a new d itch i ng cha i n w hich is used to d i g na rrow and deep channel and a newd itcher based on t h is cha i n is des i gned .A ccord i ng to the t heorica l ana l y si s on its resi stance and po

4、w er com su m i ng ,th i s a rtic l e a lso stud i es the ca lcu l a te m easures fo r each para m eter of the d itcher and then gets the results .Keywor ds :D itch i ng cha i n ;D esign para m eter ;Ca l culati on關(guān)于挖溝技術(shù),近年來挖溝方法越來越多。隨之,挖溝設(shè)備的種類也逐漸增加,例如:犁鏵式挖溝機(jī)、圓盤式挖溝機(jī)、螺旋式挖溝機(jī)和鏈?zhǔn)酵跍蠙C(jī)。前三種挖溝機(jī)挖掘深度有限,一般不超過1m

5、。鏈?zhǔn)酵跍蠙C(jī)在網(wǎng)上可見到,用的是普通鏈條,將鏈板改為刀狀。普通鏈條原設(shè)計(jì)是在無固體介質(zhì)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)的產(chǎn)品,難以適用這種挖溝機(jī)的工況,因此,未見實(shí)用的信息報(bào)導(dǎo),尤其是挖掘深窄溝渠的資料。筆者為這種新式開溝機(jī)專門設(shè)計(jì)了一種新型刀式礦土復(fù)合型挖溝鏈條,基于這種鏈條的開溝機(jī)由于鏈條結(jié)構(gòu)不同于現(xiàn)有鏈?zhǔn)介_溝機(jī),因而其工作原理、設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法和功率的消耗情況也有所不同。1 刀體的形式與排列相鄰相同刀式礦土復(fù)合型挖溝鏈條如圖1所示;相間相同刀式礦土復(fù)合型挖溝鏈條如圖2所示,并已申報(bào)了發(fā)明專利。圖1和圖2裝的刀體鏈節(jié)是相同的,只不過圖1裝的是單刀體的鏈節(jié),且鏈節(jié)結(jié)構(gòu)相鄰相同;圖2裝的是雙刀體的鏈節(jié),且鏈節(jié)結(jié)構(gòu)相

6、間相同。鏈條外側(cè)與鏈輪嚙合。圖1和圖2中每個(gè)鏈節(jié)體上分不同角度安裝切削介質(zhì)的帶有合金塊的刀體,從鏈條的軸向方向看,構(gòu)成扇形,刀體固定方式(頂絲、別銷。鏈節(jié)上帶有排介質(zhì)的通槽并帶有導(dǎo)向凸塊。在鉸鏈處裝有高硬度耐磨套,當(dāng)和銷軸磨損后可更換。在兩個(gè)鏈節(jié)接觸處加密封圈,防止介質(zhì)進(jìn)入鉸鏈。圖1和圖2的鏈節(jié)可安裝介質(zhì)刮板,以加快提升和運(yùn)送介質(zhì)速度。2 設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)無論是如圖1的鏈節(jié)相鄰相同刀式礦土復(fù)合型挖溝鏈條,還是如圖2的相間相同刀式礦土復(fù)合型挖溝鏈條,鏈條外側(cè)與鏈輪嚙合,鏈節(jié)上帶有排介質(zhì)的通槽,介質(zhì)不堆積,減少嚙合與傳動(dòng)的阻力,可提高效率,節(jié)省能源,適用于挖掘和切割各種固體和土質(zhì)(不同的土壤及其顆粒,例

7、如石礫、沙粒、粉粒和粘粒等各種顆粒、碎石、柏油圖1 相鄰相同刀式礦土復(fù)合型挖溝鏈條Fi g .1a -a M ineral D itch i n g Cha i n圖2 相間相同刀式礦土復(fù)合型挖溝鏈條Fi g .2a -b M ineral D itch i n g Cha i n路、磚混墻體、凍土(各種含水量的凍結(jié),以及冰狀物體。3 工作原理開溝機(jī)由普通拖拉機(jī)提供動(dòng)力,主要有由傳動(dòng)箱、挖溝鏈條和分土器等組成。圖3為處于工作狀態(tài)的開溝機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖。挖溝鏈工作時(shí)后置前傾一個(gè)角度,開溝時(shí),在機(jī)組前進(jìn)的同時(shí),挖溝鏈條等工作部件旋轉(zhuǎn),斜向下伸出切土,逐漸開出一段斜溝,同時(shí)將沙土帶出溝,并由分土器將沙土推

8、開。4 部件參數(shù)的確定比較新型開溝機(jī)和現(xiàn)有開溝機(jī)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和收稿日期:2006-04-03;收修改稿日期:2006-10-16第33卷第6期 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車 V o.l 33N o .62006年12月 T racto r&F ar m T ransporter D ec .,2006圖3 開溝機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fi g.3Ske t ch o f D it cher Mech an i s m幾何學(xué)原理以及參考文獻(xiàn)1,可分別推出開溝機(jī)鏈刀絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度Va及其向量傾角 、刀片切削厚度 的數(shù)學(xué)表達(dá)式。V T=T3.6 103B T H TV a=V2c+V2T+2V c V

9、T cos c(1tg =V c cos cV c s i n c+V T(2=Lcs i n( - c(3式中T理論生產(chǎn)率,m3/hB T 溝寬,mmH T 溝深,mmV T 開溝機(jī)水平移動(dòng)的工作速度,m/sL c 鏈的節(jié)距,mmV c 鏈相對(duì)開溝機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度,m/sV a 鏈運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度,m/sc鏈和水平方向的夾角,( 切削厚度,合理的土壤切削厚度為鏈刀寬度的1/10考慮到本鏈可視為豎直鏈刀,因此其橫向間隔bc可取為切削厚度 的22.5倍,本鏈刀橫向?qū)挾萣c為b c=BT-(Zp-1bcZ p=BT-(2-1bc2=BT-bc2(4式中 Zp橫向鏈刀數(shù)對(duì)初步選定的鏈刀高度和節(jié)距,須檢驗(yàn)其

10、輸送和清除土壤的能力。正確選擇bc 和bc應(yīng)能滿足對(duì)輸送和清除土壤能力的要求。5 鏈刀切削土壤的阻力本鏈刀的切削阻力計(jì)算如下F t=9.8C tu(0.1 c1.35(1+0.01b c1-90 -180e H(5式中,Ct u 為堅(jiān)實(shí)度計(jì)沖擊次數(shù);eH為刀片的尖角計(jì)算系數(shù); 為刀片切削角;c為刀片厚度?？偳邢髯枇t為F t=Z c(NF t(6式中,Zc(N為同時(shí)與土壤作用的刀片數(shù)。6 總功率的確定總的切削功率為P q=F t V a 10-3沿溝升運(yùn)土壤的功耗P h=Ts(0.5H T+H OK13.6 106式中,HO 為刀片之間的高度;s為土壤容重;K1為土壤顆粒在鏈刀與溝側(cè)壁間滯塞

11、的可能系數(shù)。被運(yùn)送土壤與溝道土壤摩擦功耗P KP=P h 2ctg 式中2土壤對(duì)土壤的摩擦系數(shù)鏈刀絕對(duì)速度向量的傾角分土器的功耗P b=0.5C0 T s3.6 106式中 C分土器的阻力系數(shù)開溝鏈的總功耗為P P=P q+P K+P K P+P bPo式中,P, o分別為開溝鏈傳動(dòng)效率、機(jī)組行走傳動(dòng)效率。機(jī)器的行走阻力F Z=(G+F t sin 3+F t cos式中3機(jī)器行走的阻力系數(shù)G 機(jī)器的重量機(jī)組前進(jìn)功耗P F=F Z V T3.6 106 2式中2行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率輔助機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)功耗P D=(0.050.07(P P-P F驅(qū)動(dòng)刀鏈的發(fā)動(dòng)機(jī)功率可選擇為P PF=(1.31.5P

12、P開溝機(jī)的總功率為P=PP+PF+PD7 開溝機(jī)的參數(shù)計(jì)算與確定這種新式開溝鏈的優(yōu)點(diǎn)是開挖窄而深的溝,最大開挖深度為1500mm;最窄為100mm,因此將設(shè)計(jì)參數(shù)定為:開溝寬度為B T= 100mm;深度H T=1300mm。在土壤類型為重壤土?xí)r,理論生產(chǎn)率為T=15m3/h,鏈和水平方向的夾角 c=45 ;鏈運(yùn)動(dòng)的速度V c= 1.3m/s;刀片切土厚度 =1mm。根據(jù)這些條件來計(jì)算,采用的如圖1(鏈1與圖2(鏈2所示兩種開溝鏈的開溝機(jī)的各自的參數(shù)如表1所示。表1 兩種開溝機(jī)的參數(shù)Tab.1Pa r a m et e rs o f Two kin d of D it ch e rs鏈1鏈2同時(shí)切土的刀片數(shù)3434切土總功率/k W7.7 6.2工作速度/(m h-11501508 結(jié)論從以上計(jì)算結(jié)果可以看出,采用這兩種開溝鏈的開溝機(jī)都具有優(yōu)良的性能,由于開溝寬度更窄,因此,能源消耗更低,而且效率更高,可以大大降低施工成本。