一种轮式三杆种植打孔机的制作方法

1.本发明涉及一种轮式三杆种植打孔机，属于造林设备结构技术领域。


背景技术：

2.最近几年，我国越来越重视林业的建设，在营林造林工作中，种植打孔机(挖坑机)作为一种主要的机械化造林设备，其性能将直接影响植树造林的质量和速度。目前，悬挂式挖坑机的生产和应用较为广泛，该类挖坑机通常具有较大的功率，机动性较强，能挖较大和较深的坑，但是它使用受限，必须悬挂在拖拉机上才能使用，因此仅适用于地形平坦或拖拉机可以通过的地方。比较成熟的高效率挖坑机有日本生产的自走式高性能挖坑、英国生产的05h8300型悬挂式挖坑机和美国生产的悬挂式三钻头挖坑机，这三种挖坑机适用于平原地区的大面积植树造林，工作效率高，但是，必须悬挂在拖拉机上作业。
3.目前，手提式种植打孔机在我国刚刚崭露头角，适用于家庭或地形复杂地区的小面积植树造林，但是，手提式打孔机只能单钻头，效率较低，不能满足当前大面积植树造林的需求。
4.因此，亟需出现一种能解决上述技术问题的轮式三杆种植打孔机。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种轻便易用、无需依靠拖拉机工作、打孔效率高、打孔效果好的轮式三杆种植打孔机。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种轮式三杆种植打孔机，其特殊之处在于包括用于提供动力的风冷式汽油发动机1，风冷式汽油发动机1的输出端通过连轴器2驱动传动齿轮机构工作，传动齿轮机构位于传动箱3内，风冷式汽油发动机1、传动箱3安装于行走机构上，传动齿轮机构驱动三个换向装置4工作，每个换向装置4上均安装一个能升降的螺旋式钻头7；
8.优选的，所述螺旋式钻头7为单头螺旋式钻头，旋转方式为左旋，包括钻杆7
‑
1及设于钻杆7
‑
1底部的钻尖7
‑
2，沿着钻杆7
‑
1高度方向设有螺旋式叶片7
‑
3，叶片7
‑
3上设有双刃矩形刀片7
‑
4；
9.优选的，所述钻杆7
‑
1是由45号钢加工而成的钻杆且为空心结构；
10.优选的，所述螺旋式钻头7的螺旋外直径d为150mm、螺旋式钻头的高度h为600mm、螺旋升角α为15
°
、螺旋式钻头7的导程h为150mm；
11.优选的，所述刀片7
‑
4的安装角为20
°
，刀片厚度为8
×
10
‑8m，刃厚为 0.8
×
10
‑8m，刀片材料为65mn钢，刃部淬火区为3
×
10
‑2m；
12.优选的，所述螺旋式钻头7的角速度为w
钻
＝2πn
设
＝18rad/s；
13.优选的，所述传动齿轮机构包括与风冷式汽油发动机1的输出端相连接的第一锥齿轮8，第一锥齿轮8与第二锥齿轮9相啮合，第二锥齿轮9安装于第一转轴10上且二者联动，第一转轴10上安装有第一齿轮11，第一齿轮11与第二齿轮12相啮合，第二齿轮12安装于第
二转轴13上，第二转轴13上还安装有三个相间隔的第三锥齿轮14，每个第三锥齿轮14均啮合一个第四锥齿轮15，三个第四锥齿轮15分别连接三个连接轴16；
14.优选的，所述换向装置4包括三个转向壳体21及分别设于三个转向壳体 21内的三个第五锥齿轮17，三个第五锥齿轮17分别与三个连接轴16联动，三个第五锥齿轮17分别啮合连接三个第六锥齿轮18；
15.优选的，所述钻杆7
‑
1顶部通过螺栓与花键轴19相连接，花键轴19通过花键套20部分安装于转向壳体21内，三个花键轴19顶部均安装于压杆22 上；
16.优选的，所述行走机构包括车架23及安装于车架23底部的行走轮5，车架23后方设有行走推架6。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
18.本发明的三钻头同时打孔的方案，解决悬挂式打孔机必须依靠拖拉机工作以及手提式打孔机效率低下的问题。驱动装置选择风冷式汽油发动机，通过联轴器传递动力至传动齿轮机构，在齿轮的作用下实现减速，通过换向装置驱动钻头旋转实现打孔。本发明的打孔机设计为单人操作机型，可以彻底摆脱对拖拉机的依赖，采用轮式结构，能进一步减小阻力，降低操作者工作强度。本发明的设计核心为钻头的设计，打孔效果好。风冷式汽油发动机与钻杆间的传动比较大，且风冷式汽油发动机动力需同时传递给三个杆，因此传动齿轮机构采用二级齿轮减速器，能保证动力同时传递给三个杆。本发明的螺旋式钻头需结合工作情况设计钻杆、钻尖、刀片和叶片。在本设计中，钻头选用单头螺旋式钻头，螺旋式钻头的钻杆为减小质量选用空心圆管，螺旋式钻头通过换向装置中的花键轴传递动力，实现打孔挖坑。经测试，本发明的轮式三杆种植打孔机在贫瘠的土地上打孔时，出土率达到90％以上，从而便于在孔内添加肥料，同时能进行三孔作业，工作效率高。
附图说明
19.图1是本发明一种轮式三杆种植打孔机的结构示意图1；
20.图2是本发明一种轮式三杆种植打孔机的结构示意图2；
21.图3是本发明一种轮式三杆种植打孔机的结构示意图3；
22.图4是传动箱与螺旋式钻头、花键轴的连接关系图；
23.图5是传动齿轮机构的结构示意图；
24.图6是螺旋式钻杆的结构示意图。
25.图中：1、风冷式汽油发动机；2、联轴器；3、传动箱；4、换向装置；5、升降杆；6、行走推架；7、螺旋式钻头；7
‑
1、钻杆；7
‑
2、钻尖；7
‑
3、叶片； 7
‑
4、双刃矩形刀片；8、第一锥齿轮；9、第二锥齿轮；10、第一转轴；11、第一齿轮；12、第二齿轮；13、第二转轴；14、第三锥齿轮；15、第四锥齿轮；16、连接轴；17、第五锥齿轮；18、第六锥齿轮；19、花键轴；20、花键套；21、转向壳体；22、压杆；23、车架；5、行走轮。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.本实施例的基于电动缸敲击的高压线除冰装置，请参阅图1
‑
图6，包括用于提供动力的风冷式汽油发动机1，风冷式汽油发动机1的输出端通过连轴器 2驱动传动齿轮机构工作，传动齿轮机构位于传动箱3内，风冷式汽油发动机 1、传动箱3安装于行走机构上，传动齿轮机构驱动三个换向装置4工作，每个换向装置4上均安装一个能升降的螺旋式钻头7；
29.本实施例的螺旋式钻头7为单头螺旋式钻头，旋转方式为左旋，包括钻杆 7
‑
1及设于钻杆7
‑
1底部的钻尖7
‑
2，沿着钻杆7
‑
1高度方向设有螺旋式叶片 7
‑
3，叶片7
‑
3上设有双刃矩形刀片7
‑
4；钻杆7
‑
1是由45号钢加工而成的钻杆且为空心结构；螺旋式钻头7的螺旋外直径d为150mm、螺旋式钻头的高度h为600mm、螺旋升角α为15
°
、螺旋式钻头7的导程h为150mm；刀片7
‑
4的安装角为20
°
，刀片厚度为8
×
10
‑8m，刃厚为0.8
×
10
‑8m，刀片材料为65mn钢，刃部淬火区为3
×
10
‑2m；螺旋式钻头7的角速度为 w
钻
＝2πn
设
＝18rad/s。
30.本发明的螺旋式钻头，钻杆7
‑
1负责支撑，钻尖7
‑
2负责定心并切去中心部分的土壤，刀片7
‑
4负责切土，叶片7
‑
3负责将切下的土壤运出孔外。根据头数(z)划分，本发明采用单头螺旋式钻头，单头螺旋式钻头工作消耗能量低，本发明的螺旋式钻头头数z＝1。
31.本发明的螺旋式钻头的螺旋为左旋，采用左旋式是根据钻孔时土壤的运动方向有直接关系，本发明选用风冷式汽油机1驱动，其动力输出轴的旋转方向为顺时针方向，本发明的螺旋式钻头7的螺旋方向设计为左旋，能达到较好钻孔的效果。
32.根据计算公式：d＝(0.92
‑
0.98)d0，本发明的螺旋式钻头7的螺旋的外直径d＝150mm。钻头螺旋的长度h应大于打孔深度h0，即h≥h0，根据设计参数及钻头的通用规格，取h＝600mm。螺旋式钻头7的螺旋升角a和导程h的大小决定运输土壤的能力，本发明中，a＝15
°
，h＝d＝150mm。
33.本发明的螺旋式钻头7的刀片7
‑
4为双刃矩形，双刃矩形刀片一面磨损后可以调动使用，降低生产成本。
34.刀片7
‑
4的安装角的大小会直接影响打孔效率，在选择刀具安装角时应基于入土时阻力最小，对已切割的土块，破碎能力最强。打孔机的安装角ε＜45 为宜，刀片的厚度为(8
‑
10)
×
10
‑8m，刃厚为(0.5
‑
1)
×
10
‑8m，刀片材料通常为65mn 钢或65simnre，刃部淬火区为(2.5
‑
3.5)
×
10
‑2m，硬度为hrc35，非淬火区度大于hrc35。在本设计中，取安装角为20
°
，刀片厚度为8
×
10
‑8m，刃厚为0.8
×
10
‑8m，刀片材料为65mn钢，刃部淬火区为3
×
10
‑2m。
35.本发明的螺旋式钻头7的转速计算过程如下：
36.为保证打孔机能够顺利将土壤从孔内运至孔外，钻头的设计转速n
设
必须大于临界值n
临
，即n
设
＞n
临
，根据公式
[0037][0038]
式中：
[0039]
g：重力加速度，g＝9.8m/s2；
[0040]
k1：系数，
[0041]
式中，为土壤对钻头的摩擦角，在本设计中，取则 k1＝ctg(15
°
30
°
)
＝1。
[0042]
a1：系数，
[0043]
式中，ξ为钻头外缘的运动方向与水平面夹角，s为进给量，s＝(1
‑
3)
×
10
‑2m，取
[0044]
s＝1
×
10
‑2m
[0045]
因此
[0046][0047][0048]
τ0：钻头迂回半径，在本设计中，取τ0＝0.25m；
[0049]
f
s
：土壤间摩擦系数，在本设计中，取f
s
＝1。
[0050]
代入数据得：
[0051][0052]
由公式可知
[0053]
n
设
＝k2n
临
ꢀꢀꢀ
(2)
[0054]
式中：
[0055]
k2：系数，k2＝1.2～2，取k2＝2；
[0056]
代入数据得：
[0057]
n
设
＝k2n
临
＝2
×
1.43s
‑1＝2.86s
‑1[0058]
则钻头角速度
[0059]
w
钻
＝2πn
设
＝18rad/s。
[0060]
本发明钻杆7
‑
1设计如下：
[0061]
钻杆7
‑
1选用45钢(调质)作为钻杆材料，45钢的力学性能如表1所示。
[0062]
表1：45钢的力学性能
[0063][0064]
本发明中，螺旋式钻头的钻孔深度为500mm，为增加钻杆的弯曲强度和刚度，并减轻整体重量，钻杆拟采用空心轴。
[0065]
按扭转强度设计，钻杆的最小直径满足
[0066][0067]
式中：
[0068]
d
钻杆min
：钻杆最小直径；
[0069]
a：与轴材料有关的系数，在本发明中，取a＝108；
[0070]
p
钻
：钻头正常工作所需的额定功率(kw)，在本发明中，p
钻
＝1.19kw；
[0071]
n
钻
：钻杆轴的转速，在本设计中，
[0072]
α：空心圆轴的内径与外径之比，在本设计中，取
[0073]
代入数据得：
[0074][0075]
初选φ25
×
5的空心圆管，即钻杆外径为25mm，内径为5mm。
[0076]
按许用切应力校核：
[0077][0078]
式中：
[0079]
τ
t
：扭转切应力(mpa)；
[0080]
t：轴所受扭矩；
[0081]
w
t
：轴的抗扭截面系数；
[0082]
[τ]：轴的需用切应力，根据表2.4，在本设计中，取[τ]＝30mpa。
[0083]
代入数据得：
[0084][0085]
因此，φ25
×
5的空心圆轴符合本发明的钻孔要求。
[0086]
本实施例的传动齿轮机构包括与风冷式汽油发动机1的输出端相连接的第一锥齿轮8，第一锥齿轮8与第二锥齿轮9相啮合，第二锥齿轮9安装于第一转轴10上且二者联动，第一转轴10上安装有第一齿轮11，第一齿轮11与第二齿轮12相啮合，第二齿轮12安装于第二转轴13上，第二转轴13上还安装有三个相间隔的第三锥齿轮14，每个第三锥齿轮14均啮合一个第四锥齿轮15，三个第四锥齿轮15分别连接三个连接轴16；
[0087]
本实施例的换向装置4包括三个转向壳体21及分别设于三个转向壳体21 内的三个第五锥齿轮17，三个第五锥齿轮17分别与三个连接轴16联动，三个第五锥齿轮17分别啮
合连接三个第六锥齿轮18；
[0088]
钻杆7
‑
1顶部通过螺栓与花键轴19相连接，花键轴19通过花键套20部分安装于转向壳体21内，三个花键轴19顶部均安装于压杆22上；
[0089]
为了便于行走，行走机构包括车架23及安装于车架23底部的行走轮5，车架23后方设有行走推架6。
[0090]
本发明的轮式三杆种植打孔机的工作部分是钻头，运行工作时，螺旋式钻头7旋转并向下进给，叶片7
‑
3部分连续切削土壤，使孔内土壤松碎，切下的土壤在离心力作用下被抛向壁穴并在摩擦力作用下沿着叶片7
‑
3运至地面并被抛洒到孔的周围，根据工作要求及钻头不同形状的适用性，采用的螺旋式钻头7形式为立式三钻头，钻头形状为螺旋式钻头。
[0091]
本发明的种植打孔机采用三钻头打孔，结合了手提式挖坑机和悬挂式挖坑机的特点和优势，灵活便携，风冷式汽油发动机给打孔机提供更加强劲的动力，生产效率比较高；单人操作机型可以节省大量的人力资源；适用地区广泛，特别适用于小面积的山高、坡陡、石头多以及拖拉机无法通过的的地方。在未来，我国将越来越重视生态系统的建设和发展，轮式三杆种植打孔机将会有更加广阔的发展空间。
[0092]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。