山东济南协和学院 宋开功 袁承政 250107
摘要：由于当前地球的各种自然生态遭到破坏而导致环境恶化，水土流失现象严重，土地荒漠化情况加剧，恶劣天气还在持续，急需大量的植树造林来保护和改善环境，净化空气。同时，农业的不断进步和持续发展，农业的机械化建设是我们推进农业现代化的迫切需要，农业机械的研究也具有重要的社会和实际意义。挖穴机是植树造林工程中广泛使用的农业机械，现代新型挖穴机的研发也向着多功能、高性能方向发展。本植树挖穴机是对传统的悬挂式植树挖穴机的动力输出装置和钻头的改进，进一步的简化了结构，降低了成本，同时保证了其工作效率。
关键词：挖穴机；双螺旋叶片；设计；计算
Abstract: With the deterioration of our earth's natural ecological environment, soil erosion is serious, land desertification is aggravated, haze, sandstorm and other bad weather frequently occur, need a lot of afforestation to improve the environment, clean the air. At the same time, the continuous development of agriculture, agricultural mechanization is our urgent need in the construction of agricultural modernization, agricultural machinery research also has important social and practical significance. Cave-digging machine is a widely used agricultural machinery in afforestation project. Agricultural machinery also has important social and practical significance. Afforestation of agricultural machinery digging machine is widely used in engineering, research and development of modern new digging machines also toward multi-function, high-performance direction. The tree planting hole digging machine is an improvement on the power output device and drill bit of the traditional hanging tree planting hole digging machine，further simplifies the structure, reduce the cost, at the same time guarantee the efficiency of its work.
Key words: hole excavator; Double helical blade; Design; To calculate
引言：本文主要介绍了:植树挖穴机的主要用途,组成和基本工作原理; 植树挖穴机的主要性能特征；包括在进行挖坑作业过程中可能出现的问题以及应当采取的措施等。在本次植树挖穴机的研究和设计过程中,着重对齿轮变速箱,传动装置,双螺旋式钻头等技术进行了研究分析和设计。对重要部件进行了受力分析,强度的计算和校核,根据各种齿轮常见的失效形式、影响因素及基本设计技术要求,给出了重要零件的受力分析,强度和刚度等级的设计。
背景：国家林业局发布的第七次全国森林资源保护总体情况清查结果显示:目前我国累计森林总体面积约为1.95亿hm2，森林总体积蓄约137亿m3,森林覆盖率甚至都不足21%，仅为世界平均水准的2/3，世界排名十分靠后，森林资源严重匮乏，在实行机械化植树造林的过程中,挖穴机是一种专门用来植树挖坑的机器设备，广泛应用于植树造林，解放了人力，大大的降低了劳动强度，省时省力，便捷高效，适用于各种地形作业。随着我国机械化进程加深，大型机器产量提高，九十年代为了适应农业作业开发了不少农业机械产品。而后研发出中小微型机械产品适用于室内、大棚、果园等地方，轻便易操作。在园林及果园等行业的栽种中，挖穴机具有显著优势。
设计依据：
(1)对于植树挖穴机械需求迫切
我国森林种植面积大，树木种植主要依靠人工完成，人工劳动强度大。国内对植树挖穴机械化种植技术装备的需求日趋迫切，有很大的市场前景。
(2)作业可靠，工作时间长
挖穴机安装轻便灵活，动力系统结构简单，可实现连续作业，不仅解放了劳力，还提高了植树效率，降低了功耗，而且使用安全可靠，传动稳定。
(3)结构简单，成本较低
在保证植树挖穴装置作业质量的前提下，尽量使用标准件、通用件，简化其结构，减少零件数目，以降低成本，让有需要的人都用的起。
工作原理：
挖穴机由悬挂梁、传动轴、变速箱、螺旋钻头等组成; 钻头为双螺旋叶片型，其直径自上而下依次增大，螺旋夹角也依次增大，避免钻头工作时与穴壁发生碰撞而损坏钻头，对钻头起到了很好的保护作用。作业时，悬挂梁的两端一边连接到拖拉机，另一边连接变速箱，螺旋式钻头连接在变速箱下方的动力输出轴上;拖拉机上的动力输出轴连接万向节从而带动传动轴转子旋转，通过齿轮变速箱的减速带动双螺旋式钻头转动，使钻头瞄准预先标记的挖坑中心下降，钻头所挖出的土壤被离心力甩向坑壁，并在摩擦力作用下沿着叶片的旋转方向向上运送至坑的周围，当挖穴机挖到给定深度时，通过拖拉机的液压悬挂系统将双螺旋钻头抬到地面以上，由拖拉机带动到下一挖坑位置，继续完成挖坑作业。
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1WX-90型植树挖穴机的结构简图
结构设计：
挖穴机主要结构是由悬挂架连接杆、传动轴、齿轮变速箱以及联接在变速箱动力输出轴上的螺旋式钻头等部分组成，其中传动系统是由拖拉机连接的悬挂架和变速箱连接的传动轴组成，在设计中采用齿轮变速箱作为输出装置提供动力，能够有效的提高其传动效率；在总体设计上，优化零件结构，减少其零部件数量，有效的降低了成本，对于双螺旋叶片，其直径自上而下逐渐扩展增大，螺旋夹角也依次增大，防止钻头在进行挖坑作业时与穴壁发生碰撞等情况，传动稳定性明显提高，整个动力传动系统结构简单紧凑，充分保证了其工作效率。
植树挖穴机的动力部分
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1WX-90型植树挖穴机传动系统的特点：挖穴机主要靠拖拉机和变速箱传递动力。由于齿轮传动主要是依靠两个轮齿之间的啮合作用来传输动力，在工作时不会出现任何的弹性滑动和打滑等现象，结构简单紧凑，在实际使用环境条件相同的情况下，齿轮传动所占用的空间体积小，而且它的传动十分稳定，效率高，作业也安全可靠，工作寿命比较长，极大程度上节约了成本。
拖拉机作为挖穴机的主要动力源，通过万向联轴器由齿轮式的变速箱进行减速，然后再将挖穴机的动力传递到它的动力输入轴，最后通过两个锥齿轮直接传递到动力输出轴，从而带动钻头旋转，实现挖坑作业。
钻头设计：
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根据工程设计的需要，钻头与螺旋叶轮轴连接处采用花键联接，使用销钉固定，以 45钢为主要连接材料，表面经过特殊的淬火处理，来大幅度的提高其耐磨性和坚硬程度，并及时进行回火处理，消除内部应力，提高工件的韧性。
基本参数
型号：1WX-90型植树挖穴机
型式：三点悬挂联接
配套动力：上海704型拖拉机
力输出轴转速：540r/min; 760r/min
挖坑幅度：挖坑直径D=70cm
挖坑深度H=70cm
钻头结构：双螺旋叶片结构
螺旋叶旋转直径：70cm
查上海704的输出功率为43.8KW，取输出功率44KW作为设计功率
转速：n=540r/min
功率：P=44KW
挖穴机使用中的注意事项
第一次使用挖穴机时，齿轮变速箱应添加齿轮润滑油来润滑轮齿和轴承,防止齿轮磨损和锈蚀，帮助齿轮散热，而且润滑油的油面高度应大于小齿轮直径的1/2,每工作8小时查看一次变速箱的剩余油量。最重要的是在使用前，必须检查刀片螺栓的紧固情况，必要时应对其进行加紧；进行挖坑作业时，为了保证人身安全，人要远离齿轮变速箱，防止发生安全事故；钻头达到预定深度后，驾驶员须控制螺旋钻头缓慢抬起，切忌急速上抬，否则坑内的土壤不仅不能尽数排至坑外，还会导致钻头刀片损坏。
结论：
本植树挖穴机结构简单且易于操作，可进行连续挖坑任务，解决了其他挖坑机效率低下的问题，省时省力，而且挖坑机在我国农村需求量大，拥有良好的市场前景。相信这一设计，会解决对植树挖穴机械的日趋需求。
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