W40型悬挂式挖穴机钻头的设计

刘琳

摘要：钻头是挖穴机的重要工作部件，钻头的设计直接影响挖穴机的工作性能。针对W40型悬挂式挖穴机的钻头进行设计，阐述其整体结构、工作原理及主要参数的选择与计算，详细说明各主要部件的设计，以期为挖穴机钻头的结构与性能优化提供参考。

关键词：螺旋钻头；挖穴机；结构；参数；设计；计算

中图分类号：S776.262 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）04-0028-02

W40型悬挂式挖穴机主要由悬挂机架、变速箱、钻头等组成（如图1所示），悬挂在拖拉机的后方或侧方，由液压机械操纵其升降，挖穴直径400 mm，挖穴深度400 mm，螺旋頭数2个。钻头是挖穴机的重要工作部件之一，钻头的设计对于挖穴机的工作性能具有直接影响。

1 螺旋钻头的整体设计

1.1 结构组成

挖穴机的钻头主要由方轴套、刮土器、钻轴、螺旋片、刀座、钻头座、钻头、刀片等组成（如图2所示）。变速箱的输出轴与钻头的方轴套连接。钻轴采用无缝钢管制成，上端焊接方轴套，与变速箱输出轴相连；下端焊接钻尖座，用于安装钻尖。螺旋片用于起升土，由5 mm钢板制成，表面光滑平整；螺旋片下端焊接刀座，用于安装刀片。刀片与螺旋面的接合处应平整密合，间隙不大于0.5 mm，不允许螺旋面高出刀片。

1.2 工作原理

作业时，通过拖拉机的动力输出轴、万向传动轴和变速箱带动钻头旋转，刀片切下的土壤沿螺旋上升输送，当土壤升至地面时，在惯性离心力的作用下，被抛至穴的周围地面上，切土、升土、抛土过程的连续进行，完成挖穴作业。

1.3 参数选择与计算

已知W40型悬挂式挖穴机的挖穴直径D0=400 mm、穴深H0=400 mm，以及土壤情况。

1.3.1 螺旋升角α 为保证较高的输送效率，对悬挂式挖穴机取螺旋升角α=15.0～22.0 °。本设计选取α=18.0 °。

1.3.2 螺旋导程H 螺旋导程H=πD0tgα，将D0=400 mm，α=18.0 °代入，可得：H=3.14×400×tg18.0 °≈408（mm）。

1.3.3 钻头直径D 由于挖穴过程中钻头摆动会使穴径扩大，钻头直径D应比挖穴直径D0略小，取D=0.95D0。将D0=400 mm代入，可得：D=0.95×400=308（mm）。

1.3.4 进给量S 一般进给量取10～60 mm。钻头进给量S与螺旋外缘一点运动方向与水平面的夹角ξ的关系由下式确定：S=πD0tgξ。一般ξ=0.4～1.0 °，本设计选取ξ=0.7 °，代入，可得：S=3.14×400×tg0.7 °≈18（mm）

2 关键部件的设计

2.1 刀片

刀片是挖穴机的主要切土工作零件，也是易磨损零件。本设计采用双刃形刀片（如图3所示），当一面发生磨损后，可以调换另一面使用。刀片材料为65Mn。刀片的厚度为8 mm，刃角为25 °，刃厚度为1 mm。刃部淬火区域宽度为25～35 mm，硬度为HRC50～57；非淬火区硬度不大于HRC35。刀片热处理后不得有裂纹，平面度不大于1 mm。刀片用沉头方形螺钉安装在刀座上，刀片与螺旋面的拼合处应密合平整，不允许螺旋面有高出刀片的台阶。2个切土刀片的刀刃应在同一水平面内，误差不大于2 mm。

2.2 钻尖

钻尖用于钻头的定位。本设计采用叉形钻尖（如图4所示）。钻尖材料为65Mn。钻尖的回转半径Dx一般为100～140 （mm），本设计取Dx=100 （mm）。钻尖伸出刀片刃的长度一般为Hx=（0.9～1.1）Dx，本设计取Hx=Dx=100 （mm）。定位钻尖刃口淬火区域宽度为15 mm，硬度为HRC50～55；非淬火区硬度不大于HRC30。钻尖热处理后不得有裂纹，平面度不大于1 mm。

2.3 刮土器

为防止已升到穴面周围的松土回落穴内，在钻头上部安装刮土器（如图5所示）。刮土器的回转半径D1=（1.12～1.13）D0，本设计取D1=1.13D0=1.13×400=452 （mm）。参考文献

[1] 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京：中国农业技术出版社，2007.

[2] 李粤，何寄平，贾成真.挖穴机钻头刀片相关参数的研究[J].中国农机化，2007（6）：72-75.

[3] 张世杰.悬挂式小型液压植树挖穴机关键部件的设计计算[J].农产品加工：学刊，2010（4）：83-85.

[4] 张洪，张学军，鄢金山，等.密植果园挖穴施肥机挖穴钻头的设计及试验研究[J].农业科技与装备，2013（2）：39-41.