曲阜兴亚机械

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     挖坑机钻头的动态工作参数；对挖坑机钻头的升土运动临界转速做了数学推导和实例计算；杨有刚等人[20][21]对挖坑机的扭转和弯曲特征对进行了理论分析及实验验证；Maciejewski等人[22]也对挖坑过程做了实验室的优化研究。  目前的挖坑机试验或数值研究几乎均为试验和数值的独立研究，将试验与数值模拟进行结合对比的研究文献较少。

挖坑机工作时螺旋翼片在钻杆的带动下，向下贯入土壤的同时快速旋转，将土壤切削下来并排至坑外，堆在坑穴的四周。挖坑机性能的优劣，直接受到挖坑机钻头的结构形状、工作参数及土壤状况等多种因素的影响。多年来，此领域的研究工作者们除对挖坑机的结构参数、生产效率、振动和噪声等指标进行测试和研究外，还对工作部件的结构形状和参数、工作参数等对机器性能的影响，利用机械土壤动力学的理论，对挖坑机工作部件与土壤相互作用的机理进行了深入研究[4]。 先对挖坑机的研究以实验研究为主。

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项目的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键问题 2.1 研究目标  针对机械化植树技术体系，通过研究植树挖坑机的钻头在砂土挖坑作业过程中旋转速度和下降深度对土壤阻力的影响，准确把握其内在规律，一方面通过试验来初步分析，获得土壤对钻头作用力的统计学模型；然后采用有限元法对挖坑机钻头进行与试验相对应的数值计算，理论与实际结合，对挖坑机钻头贯入土壤过程钻头动态变形进行深入研究，建立其相互作用的数值模型，为植树挖坑机钻头的工作动态参数选择以及挖坑机的设计改进提供基础理论依据。

具体研究内容如下：  （1）挖坑机钻头挖坑实验研究  在实验室的土槽里，对钻头挖坑情景进行1：1的实验研究。由于土壤条件是影响挖坑机钻头动态工作参数的一个重要因素，因此在实验时，拟使用林业生产中常见的砂土、粘土和石质山地土三种典型的土壤类型，每种土壤在实验时均采用不同的湿度和硬度，先做单因素实验，再做正交实验。实验测量的数据包括土壤对钻头的铅垂阻力和扭转力矩。将实验得到的数据做统计平均处理，  （2）挖坑机钻头的有限元数值研究.。 

其次，挖坑机调整数据采集系统及其他实验装置，准备就绪后开始正式挖土实验。实验过程及最终挖坑质量由摄像机拍摄。各种挖坑机测试数据由数据采集系统采集并传输到计算机上进行实时监控及记录。通过对实验得到的不同土壤类型、不同土壤硬度和不同钻头转速的大量实验数据，应用实验统计方法，建立关于钻头进给阻力和扭转力矩与上述因素之间的统计模型。实验过程中，每一组实验需重复2-3次，以消除由于土样配置所产生的测量误差。挖坑实验考虑的影响因素及其水平如表1所示。    表1 实验中影响因素及其水平列表   钻头转速(r/min)  土壤类型 土壤硬度(kg/cm2 )  1 55 砂土 10 2 110 粘土 20 3  165  石质山地  30。     

对钻头动态工作进行有限元分析  首先，对挖坑机钻头进行数值建模。ANSYS的几何建模功能不如其他建模软件功能强大，而且，ANSYS具有与其他建模软件的接口，因此建模使用的软件可以是PROE或CATIA等制图软件，将建好的挖坑机钻头模型导入到ANSYS进行有限元计算分析。