链刀式开沟机的发展现状与设计分析研究

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1、链刀式开沟机的发展现状与设计分析研究1绪论1.1国内外开沟机的发展及研究现状开沟机的历史悠久，早期的犁铧工具[1]就是开沟机的雏形，只不过没有动力驱动。到了上世纪50年代开始，伴随着机械化的普及，而且在一些相关的部件和结构原理没有成型和系统的研究战后的发达国家开始使用机械开沟机进行大范围的农耕化作业，大大提高了劳动生产率。现在随着技术的不断进步和日益增多的工作要求，开沟设备的研究走进了一个新的时代，较为成型的开沟设备不断涌现。但国内的开沟机的研究和使用起步比较晚。到了60年代，旋转式开沟机[2]已发展成为一种先进的连续挖土机械。适宜开挖梯形截面的农用沟渠。由于它牵引阻力小

2、，能均匀散开沟内土壤，工作效率高，因而获得迅速的发展和广泛的使用。开沟机在欧洲、美洲各发达国家和亚洲的日本等国广泛的应用在土方施工领域，仅美国年需求量就达数千台。开沟机发达的国家主要有德国、意大利、美国、俄罗斯和日本等国。前苏联、意大利、法国和西德等国都有不同型号的系列产品，有的远销国外。从70年代末期开始，以链式开沟机的研究逐渐兴起，到了80年代中期，美国等国已经有了较为成型的链式开沟设备。随着改革开放的不断深入，生产建设全面启动，城市土方施工工程规模越来越大，各方面都面临着巨大的挖沟工作量。经过40多年的发展，在开沟机应用方面，以其生产效率高，成本低，设备简单，组装方

3、便，多为悬挂于农用拖拉机后端的可拆卸设备而被广泛应用。其工作效率突出，且扩大了使用范围，随着电信事业广播光缆的铺设需要，链式开沟机的使用更为广泛，目前已经在多个领域使用，比如，在狭窄的果园，以及在海底开沟机也有了重要的应用。1.1.1我国开沟机发展39我国开沟机械起步较晚，经历了从犁铧式开沟机、圆盘式开沟机、螺旋式开沟机和链式开沟机的四个发展历程。在我国除极少数单位引进国外的连续式开沟机外,国产开沟机仍处于设计研发的初步阶段。首先，在上世纪50年代主要是犁铧式开沟机。这种开沟机结构简单，工作可靠，零部件少，单位功率低，生产率高，作业成本低，开沟深度为30cm到80cm。主

4、要缺点是机体笨重，牵引阻力大，犁铧入土后，土垡随翻土板曲面上升，翼板将土推向两侧，侧压板将沟壁压紧，形成梯形断面的沟[3]。然后，到了上世纪70年代又出现了圆盘式开沟机，它以两个高速旋转的铣削圆盘，圆盘周围是铣刀，一般以75马力到100马力拖拉机牵引工作，前进速度50m/h到150m/h，应用较广，牵引阻力小，适应性强，作业质量好，但行走慢，传动复杂，结构庞大，制造工艺要求高，单位功率消耗大，生产率比犁铧式开沟犁低，它的开沟断面是上口宽沟底窄的倒梯形，配套动力要求选择功率大而行驶速度低拖拉机。由黑龙江建设兵团三师十八团研制的单圆盘开沟机简图[3]。接着，上个世纪九十年代主

5、要以螺旋开沟机为主，江苏省农机局技术中心研制的1KLZ-27型螺旋开沟机采用立式螺旋开沟刀具，开沟部件为直接安装在一根直立轴管上的两组螺旋刀片，集立铣、周向提升、螺旋叶片惯性抛散等原理于一体，使开沟过程中的切削、提升、抛散一次完成，其结构简图如图1.1所示。该机工作时土块呈条状沿螺旋线导向两面抛落，以圆锥对数螺线为基础的立锥式刀具，增强了对不同区域、不同土质的适应性，刀片采用组合式结构，刀柄、刀刃选用不同的材料，提高了使用寿命[4]。391三角带（三条）2附加大皮带盘3三角带（一条）4机架5尾轮6挡土栅7括泥板8开沟具图1.11KLZ-27型螺旋开沟机简图发展到1999年

6、，在天津工程机械研究所开发研制出了GC65G型链式开沟机。该机的主要参数如下：拖拉机型号为TN-654L，发动机功率为48KW，主机额定牵引力为18KN，最小转弯半径为4500mm，开沟最深为1800mm，最宽为400mm，宽可通过更换挖掘链节来调节，挖掘链速为1.8m/s，回填铲宽度为1800mm，总体尺寸为长7500mm，宽2230mm，高2860mm。它是由链条带动多片铲高速小厚度切削，主机低速前进，实现连续挖掘作业。该机进行挖土工作时，将土带到沟面上，并挤向两侧，螺旋叶片形状的排土轮由链轮驱动，向两侧分土，清沟器端部设有浮动刮产，可将散土收回刀铲处，刮平沟底[5]

7、。于此同时在国内进行链式开沟机研究的还有西北农业大学机电学院的杨有刚、刘迎春，他们在2002年研制的在滚子链链板上加链刀附件的开沟机如图1.2所示[6]。391链刀工作部件2分土板3扶手4手轮5尾轮6动力底盘图1.2滚子链链板上加链刀附件的开沟机简图2002年中国农业机械化研究院耕作种植机械研究所的一种1K（Kz）-30型链式开沟机如图1.3所示。它主要由齿轮箱、传动链、开沟切削刀和分土器等组成。可见这种链式开沟机也是在滚子链基础上形成，这种形式的开沟机对土壤的性能要求较高，遇到带有沙石的土壤很难作业，开沟比较宽，消耗功率大，