提高挖坑机钻头性能研究

苏　明海南科技职业学院

提高挖坑机钻头性能研究

苏明
海南科技职业学院

通过对植树挖坑机钻头的分析，给出挖坑机钻头的优化设计方案，改进挖坑机钻头工作性能，是提高挖坑机挖坑效率的一个关键问题，实验表明，优化设计后的挖坑机在多碎石硬土山地挖坑性能强，并且能在低速时正常挖土。

挖坑机；钻头；优化设计

项目来原1：2014年海南省高等学校科学研究项目，《多刀口多间隙切削土方钻头果树种植挖坑机的研发》编号HNKY2014-109；

项目来原2：2015年海南省自然科学基金，《多刀口和多间隙排列分层切削土方钻头果树种植挖坑机的研发》编号20155209。

引言

在一些土质比较硬多碎石的山地，传统的植树挖坑机挖土比较困难，钻头是挖坑机挖土的直接工作部位，如果合理的改进挖坑机钻头结构，可以提高挖坑机在土质较硬的多碎石山地的挖坑能力，本文提供一种具有刀齿锋利，挖硬土和多碎石山地能力强的植树挖坑机钻头的设计方案。

1.目前国内外挖坑机应用现状

随着人民生活水平的提高，人们对水果的需求量增大，果树种植业发展迅猛，果树种植到处可见，在果树种植和植树造林中，挖坑劳动强度最大也最难，解决种植挖坑问题是提高植树工作效率的关键，在我国现有的植树挖坑机设计制造中，普遍存在这样的缺点：在设计上只针对挖坑机在普通土质上挖坑，挖坑机钻头不齿锋利，在多碎石头硬土质的山地挖坑时效率低，能耗大。

2.传统挖坑机钻头结构及各部位的作用

传统挖坑机钻头（如图一所示）由钻尖、刀片、导土螺旋板和主轴组成。钻尖起定位作用，刀片用于切削土壤，导土螺旋板则主要起升土排出作用，导土螺旋板有单螺旋板和双螺旋板两种。

图一　传统挖坑机钻头

3.挖坑机钻头优化设计方案

挖坑机钻头的优化设计从其结构、材料及制造工艺入手，钻头组成如图二所示，由主轴、导土螺旋、导向钻板板和刀齿组成，刀齿结构如图三所示，和传统挖坑机钻头相比，不同的是本钻头采用刀齿代替刀片，刀齿采用耐磨性高而坚韧的材料制造，如猛钢、铬合金钢等，经热处理工艺后表面硬度要达到46HRC以上，刀齿整体和水平面约成20°角，刀齿具有锋利、破土能力强的特点，经实验正实：①挖坑机挖多碎石硬土山地时挖土比较容易；②在钻头低速转动时（钻头转速150转/分到200转/分）可正常挖坑。

图二　挖坑机钻头整体图

图三　刀齿结构平面图

4.优化后的挖坑机钻头工作原理

优化设计后的挖坑机钻头在作业时，主轴带动钻头的其它部位转动，同时钻头垂直向下运动，在扭矩和轴向力的作用下，刀齿的刀刃切削土壤，刀尖划削土壤，由于有锋利而坚韧的刀齿同土壤，土壤极容易松碎，切下的松碎土壤沿导土片工作面上升，运到地表后被抛离到坑的周围。最佳的钻头转速为180～300转/分，其圆周线速度为3米/秒左右，以保障松碎土壤可以升运出，并且运出的土壤不致甩得过远，以便回填埋树苗。

5.结束语

在果树种植和植树造林中，提高挖坑机挖坑效益是提高果树种植工作效率的关键问题，挖坑机钻头设计是否合理是提高挖坑机挖坑效益的重要因素，目前使用的挖坑机其钻头不齿锋利，挖坑效率低，能耗大，通过对挖坑机钻头的合理设计，在挖坑机钻头装有合理结构的刀齿，使挖坑机钻头锋利坚硬，切削土壤省力，是提高挖坑机工作效率，降低挖坑机能耗和人工劳动强度的有效途径。

［1］于建国，屈锦卫.国内外挖坑机的研究现状及发展趋势.农机化研究，2006年12月.

［2］赵忠松.卢博友.王天赐.基于ANSYS的悬挂式挖坑机钻头静力学分析.农机化研究2010年6月.

［3］俞国胜，顾正平，钱桦，陈劭，许静.半干旱沙地深栽造林钻孔机的性能试验与研究.林业科学2001年03期.

苏明（1969-），男，海南省临高县人，汉族，本科，海南科技职业学院机械设计与制造教研室副主任，讲师/工程师，研究方向：机械设计与制造。