林业单人挖坑机设计
摘要：挖坑机是林业机械的一种，主要用来进行植树前的穴状整地作业，植树挖坑作业或埋桩柱的坑等作业。为推动植树挖坑机的研究，促进农业机械化的发展，解放劳动力，本文对林业挖坑机的结构进行设计以期达到减轻机身质量，方便背负携带的目的。目前的单人林业挖坑机普遍质量较大。因此，在本设计中通过材料选择以及紧凑结构等方式尽量减少挖坑机的质量，提高作业效率，降低林业作业强度。
关键词：挖坑机；结构；优化设计
Design of a single person digging machine for forestry
Abstract: A hole digging machine is a kind of forestry machinery, which is mainly used to carry out the operation of the hole - like ground operation before planting trees, the digging of the trees and the pits of the pile column. In order to promote the research of tree digging machine and promote the development of agricultural mechanization and liberate labor force, the structure of forestry digging machine is designed in this paper, so as to reduce the fuselage quality and facilitate the purpose of carrying it. At present, the single man forestry pits machine is generally of great quality. Therefore, in this design, material selection and compact structure should be used to minimize the quality of digging machine, improve operational efficiency and reduce the intensity of forestry operation
Keywords: digging machine；structure；optimal design
1、 课题研究目的和意义
随着社会的不断发展，世界森林资源的不断减少，让各国意识到森林可持续发展战略的重要性［1］，以及我国的荒漠化面积日趋扩大和退耕还林的需要，营造林工作越来越受到重视［2］。如果总是依靠人力进行大面积的植树造林活动，无论速度和质量都是无法保证的，因为人工造林不仅投入大批劳动力和资金，得到的效率却非常低。而采用机械化作业则可以提高工效和减轻劳动强度，不仅保证了作业质量、还可以降低生产成本、提高经济效益。因此，进行机械化造林是必要的。要进行机械化造林作业就必须有大量与之配套的造林机械。所以为提高造林速度与质量, 加快研制与生产为各种动力配套的挖坑机是非常必要的［3］。当前，我国林业发展迅猛，林业种植到处可见，在林业种植中，挖坑劳动强度最大也最难，解决种植挖坑问题是提高林业种植工作效率的关键，在我国已有一部分林业挖坑机在应用，但仍然有不尽人意之处，如在多碎石头山地难以挖坑等的问题。为适应各种环境的挖坑，提高挖坑工作效率，解放劳动力，我们应研发的一些新型林业挖坑机，使其有强大的挖坑功能，并能适用于各种地形环境的挖坑机［4］。
基于此，本文针对林业的需要来对挖坑机的结构进行优化设计。
2、 国内外研究现状
2.1国内研究的现状
目前，国内的挖坑机主要有悬挂式挖坑机和手提式挖坑机。前者应用广泛，后者较少。内蒙古赤峰田丰农林机械厂、山东大丰机械有限公司、哈尔滨林业福马机电设备公司及宁夏自治区农业机械研究所等10余家单位对悬挂式挖矿机进行了研究、制造和销售。国内的一些林业高等院校和科研所也对挖坑机进行了一些研究分析，对挖坑机的一些结构参数的确定起到了指导作用，为国内挖坑机的优化设计提供了理论支持［5］。其中北京林业大学的刘会敏、茅也冰、王乃康教授进行过对于单人挖坑机的测试装置进行了深入研究，利用先进的测试手段，通过电测方法和计算机数据采集系统进行试验，搞清挖坑机的动态力学参数(如钻头的工作扭矩和入士阻力等) [6]与工作装置结构参数(如钻尖型式、刀片型式与角度、螺旋片型式等) [7]、作业参数(如钻头转速、进给速度等) [8]，以及土壤条件(如土壤质地、土壤湿度、土壤硬度等)［9］的相互作用关系，并从相互作用的普遍性原则出发，建立定量化的数学模型[10]，这将对挖坑机的结构参数、作业参数的优化设计、生产率和机器适用性的提高起到重要作用[10]。还有俞国胜教授在对半干旱沙地深栽造林钻孔机的性能试验与研究中发现以下结论：深栽造林钻孔机的钻孔阻力会随土壤的硬度增大而增大[11]。从试验所测得的数据看，在科尔沙地的最大钻孔的阻力矩平均不大于40 N·M,但在道路两侧个别地点的钻孔阻力矩高达53N·M。深栽造林钻孔机所配备的液压马达最大输出扭矩为100N·M，大于最大钻孔阻力矩，具有足够的扭矩储备；在钻头结构一定的情况下，进给速度与钻头的旋转速度有一个合理的正比关系[12]。当进给速度过大与旋转速度不相适应时，钻孔阻力矩将急剧增大，最终会导致钻头不钻孔[13]。
手提式挖坑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，也可用于打桩和树木追肥挖坑。如哈尔滨林业福马机电设备公司生产的3WS-8型手提式挖坑机（如图1）,采用015A-1型发动机,最大功率为2.8 kW，转速为280～320 r／min，挖坑尺寸(坑径times;深度)为彩320 mmx500 mm，质量为17.6 kg。该机主要应用于地形复杂的山地、丘陵区和沟壑区，在坡度350以下的荒山荒地、次生林地以及黄土高原的沟坡进行挖坑或整地。
图1 3WS-8型手提式挖坑机
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