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1、基于solidworks深松機的設計 【摘要】：為了進一步完善耕作系統(tǒng),針對國內外現(xiàn)有深松機存在的深松度達不到要求、耕作阻力大、易堵塞及能耗高等問題,對深松效應進行了深入研究,設計了適合在保護性耕作條件下進行深松作業(yè)的機械。通過對深松機工作原理和結構的分析與計算,確定了該機具各部件的總體布局,設計出適合動力配置的能對土壤進行高效松碎的深松部件及其結構參數。和對關鍵部件的有限元分析及其仿真。 關鍵詞：深松機 有限元分析 一 深松的背景和好處及其種類 （1） 深松作業(yè)的背景 在農業(yè)生產上，要想獲得糧食豐產豐收，不僅需要有優(yōu)良的種子，足夠的肥料，控制病蟲害的方法手段，還需要

2、有先進適用的機械化技術做為支撐。 1、機械深松技術含義:是指用不同的動力機械配套相應的深松機械，來完成農田深松作業(yè)的機械化技術。機械深松的目的是疏松土壤，打破犁底層，增強雨水入滲速度和數量，減少徑流，減少水份蒸發(fā)損失。由于機械深松是只松土、不翻土，作業(yè)后使耕層土壤不亂，動土量小，所以特別適合于黑土層淺、不宜耕翻作業(yè)的土壤。土壤實現(xiàn)機械深松，實際上是一場農業(yè)耕種領域內的技術革命，它正在變?yōu)橐环N使糧食增產最有效、先進的技術耕作制度而被人們認識和認可。 2、機械深松的背景及必要性:農業(yè)生產事實告訴我們，制約糧食增產最重要的因素之一就是土壤的質量。據調查，在過去的30年中，我省大部分土地是

3、以傳統(tǒng)耕作方式為主，即小型農機具作業(yè)，連年耕作，導致土壤耕層只有12-15厘米左右，土壤板結嚴重，阻力不斷增大，犁底層的土壤變得硬脆，一鍬下去就會大塊大塊地開裂，同時厚硬的犁底層也阻礙著土壤上下水氣的貫通和天然降水的貯存，小型農機具的連年作業(yè)，也導致了土壤中蚯蚓等生物的大量減少，土壤毛細管的破壞，土壤養(yǎng)分輸送能力的破壞，難以維持植株正常生長對水、肥、氣、熱的需求;另外多年來傳統(tǒng)的種植習慣---翻、耙、壓，翻動土壤嚴重，不符合作物生長需求;另一方面機車多次進地，土壤壓實，降雨徑流現(xiàn)象十分突出，土壤蓄水保墑能力明顯不足。 據測定，小四輪機械滅茬，耕深6-10cm，多功能復式整地機也只有12-16

4、cm。由此導致了土壤干旱現(xiàn)象逐年加劇，惡性循環(huán)，農作物只能在夾層陜小的空間中生長，根系發(fā)展沒有空間，養(yǎng)份吸收不上來，造成農作物生長不良，抗風、抗旱、抗病能力不足。土壤板結，玉米根系不能深扎，應該說耕地質量下降，已成為提高農業(yè)綜合生產能力的基礎性障礙因素。鑒于上述問題，在農業(yè)種植技術上，就必須進行改革，大力推廣以機械化深松為主導的種植模式，這是在目前現(xiàn)有綜合技術條件下，使玉米增產的最為有效的方法，實行以機械化深松為主的保護性耕作技術，已是迫在眉睫。 （二） 深松作業(yè)的好處： 實施深松作業(yè)有以下幾方面的好處： 1、提高土壤蓄水保墑能力。土壤經過深松作業(yè)后，打破犁地層，增加土壤孔隙度

5、，增加了雨水滲透能力，有利于減少水土流失，較多地吸納、伏雨和秋冬雨雪，增加土壤含水量。 2、改善土壤理化性能。深松增加了土壤通透性降低土壤容重，促進土壤速效養(yǎng)分和有機質的形成。 3、增加作物的抗旱和抗倒伏能力。深松改善了作物根系的生長條件，根系粗壯、下扎較深、分布優(yōu)化，可以充分的吸收土壤的水分和養(yǎng)分，提高作物的抗旱、抗倒伏能力。土壤實施深松作業(yè)后一般能增產10—15%。 4、大大降低生產成本。較鏵式犁旋耕機相比，作業(yè)效率高，鏵式犁作業(yè)后還需旋耕，填墑溝，一般旋耕機作業(yè)兩遍，而深松機一遍完成，一般3—4年進行一次，減少了拖拉機進地次數，減少了資源消耗，從整體來看降低了作業(yè)成本，

6、是節(jié)能減排的一項重大措施;但是必須注意，深松作業(yè)的土地播種后，必須及時壓水，防止出現(xiàn)去年秋冬突降大雪，凍死青苗的現(xiàn)象。 （三）深松機具的種類和特點 1、深松機種類和特點:機械化深松按作業(yè)性質可分為局部深松和全面深松兩種。全面深松是用深松犁全面松土，這種方式適用于配合農田基本建設，改造耕層淺的土壤。局部深松則是用桿齒、鑿形鏟或鏵進行松土與不松土相間隔的局部松土。由于間隔深松創(chuàng)造了虛實并存的耕層結構，實踐證明，間隔深松優(yōu)于全面深松，應用較廣。 當前，在生產中應用的土壤深松方法主要有間隔深松、壟溝深松、中耕深松、淺耕深松、壟翻深松、全面深松等。 按作業(yè)機具結構原理可分為:鑿式深松、翼鏟式

7、深松、振動深松、鵝掌式深松等。不同深松機具因結構特點不一，作業(yè)性能也有一定差異，適用土壤及耕地類型也有一定的變化。一般來講，以松土、打破犁底層作業(yè)為目的的常采用全面深松法，以打破犁底層、蓄水為主要目的的常采用局部深松法。有些種類的機具兼有局部深松和全面深松的特點，如全方位深松機、振動深松機等。 二 深松犁的結構設計及其關鍵部位分析 （1） 深松犁的結構設計 1、 深松犁的總體結構模型，如圖1.1 圖 1.1 2、 主要部件模型的建立 各部件的簡化模型建立 零件1的建模： 再打開軟件后，點擊草圖開始繪制一個長方形，并繪

8、制一個圓，各尺寸使用智能尺寸進行標注。退出草圖后，使用特征命令，進行拉伸。在選擇左邊的一個面，另外創(chuàng)立一個基準面，在該基準面上繪制草圖進行拉伸，最后鏡像、倒角得到最終零件。如圖2.1 圖2.1 零件2 的建模： 點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇一個基準面，開始草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，點擊特征命令中的“拉伸”命令得到如圖2.2所示的模型。 圖2.2 零件3的建模： 點擊文件“

9、新建”，進入草圖的繪制界面，選擇一個基準面，前基準面，點正視該基準面，開始草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，點擊特征命令中的“拉伸”命令得到該零件的基準模型。在拉伸面創(chuàng)建一個基準面，繪制一個四邊形，對尺寸進行標注，退出草圖，拉伸草圖，最后倒角，完成模型。如圖2.3 圖2.3 零件4的建模： 點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左視基準面，開始草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，點擊特征命令中的“拉伸”命令得到如圖2.4所示的模型。

10、 圖2.4 零件5的建模： 點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左視基準面，開始草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，點擊特征命令中的“拉伸”命令得到的模型，如圖2.5。在如圖所示的模型的前面，創(chuàng)建一個基準面，繪制圓，編輯尺寸，退出草圖。點擊特征命令中的“拉伸切除”，得到孔。對該模型倒角，完成模型。 圖2.5 零件6的建模： 點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左視基準面，開始草圖的繪制，繪制如圖2

11、.6所示的草圖。退出草圖，點擊特征命令中的“旋轉”命令得到所示的模型。選取圖中零件的左面創(chuàng)建一個基準面，繪制一個圓孔，標注尺寸，退出草圖。選取草圖，進行拉伸切除，得到圓孔。最后對輪子的外觀進行編輯，渲染表面，完成模型。 圖2.6 零件7的建模： 點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左視基準面，開始草圖的繪制，繪制一個u形草圖。退出草圖，在如圖2.7的右面創(chuàng)建一個基準面，在該基準面上繪制一個長方形的草圖，尺寸標注完后退出草圖。在特征模塊中的掃描出一個U形的實體，在實體上的左面創(chuàng)建一個基準面

12、，在該基準面上繪制一個圓，拉伸切除一個圓孔。在該實體上創(chuàng)建基準面4，在該基準面上繪制圓，同樣拉伸切除圓孔，完成模型。 圖2.7 零件8的建模： 點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左視基準面，開始草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，點擊特征命令中的“拉伸”命令得到如圖2.8所示的模型。 圖2.8 （二）關鍵部件的分析 1、 材料 材料屬性 名稱: 普通碳鋼 模型類型:

13、線性彈性同向性 屈服強度: 2.20594e+008 N/m^2 張力強度: 3.99826e+008 N/m^2 彈性模量: 2.1e+011 N/m^2 泊松比: 0.28 質量密度: 7800 kg/m^3 抗剪模量: 7.9e+010 N/m^2 熱擴張系數: 1.3e-005 /Kelvin 2、 結構的離散化 對模型進行結構離散化，就是有限元分析的基礎。結構的離散化也就是網格化，網格化就是將模型分成若干小方塊或者三角形單元。對單元的每個節(jié)點進行計算作近似代替，并用位移插值函數算出每個點的相關特征。離散化的結構模型如圖3.1

14、 圖3.1 3、載荷的施加 選擇組 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 整個模型 N 1419.63 662.22 0.15934 1566.49 表3.1 對模型的約束及其施加載荷，載荷的大小垂直于工作面，如圖3.2 。約束根據實際情況進行模擬約束，添加固定幾何約束。 圖3.2 3、 算例結果 （1） 應力的分析

15、 圖3.3 由圖3.3的結果可以看出，應力最小2.96374 e+004N/m^2，且最小應力出現(xiàn)最下端，由于此處的扭矩最小，古應力最小。 最大5.5640e+007 N/m^2 ，最大應力出現(xiàn)在最上端，由于最上端離作用點最遠，扭矩最大，故出現(xiàn)最大應力。 由結果可知，最大應力遠小于材料的屈服應力，故此能達到要求。 （2） 位移的分析 圖3.4 此模型可以看作是一個懸臂梁的受力分析。由圖3.4可以看出，最小位移約0mm，且最小位移出現(xiàn)在

16、最頂端。由于最頂端為固定幾何約束，所以位移此處最小。 最大位移9.272e-002mm，由于此處離約束端最遠，懸臂梁的長度最長，故此處出現(xiàn)最大位移。 由于最大位移為最大時，在工程實際問題中的可以忽略不計，因此此模型能夠滿足工程實際問題的需要。 （3） 應變的分析 圖3.5 此模型可以看作是一個懸臂梁的受力分析。由圖3.5可以看出，最小應變約3.181e-007mm，且最小位移出現(xiàn)在最頂端。由于最頂端為固定幾何約束，所以位移此處最小。 最大應變1.979e-004mm，由于此處離約束端最遠，懸臂梁的長度最長，故此處出現(xiàn)

17、最大位移。 由于最大應變?yōu)樽畲?，在工程實際問題中的可以忽略不計，因此此模型能夠滿足工程實際問題的需要。 （4）安全系數的分析 圖3.6 由圖3.6可知，此零件在該模擬的情況下的安全系數的情況。最小的安全系數為3.96，最大系數為7443.10.但是該零件大部分的單元結構的安全系數都在最小值范圍內，故該零件的材料大多數沒有浪費，都能夠發(fā)揮最好的性能。只有極其少數的一些材料安全系數過大，材料過于浪費。 總體上講，該零件的材料沒有浪費，都發(fā)揮到自己的作用。因此，在實際工程中，滿足

18、經濟性的要求，節(jié)約成本。 4、 結構的簡化設計 設計洞察的觀測 圖4.1 對于所有工程設計除了滿足基本的工程性能問題外，還要滿足經濟性，簡單的說就是要節(jié)約成本，在滿足功能的前提下要盡可能的減少成本。 由以上結果得到的零件，雖然能很好的滿足工程的需要，也符合成本控制的要求，但是不是最經濟的設計結構。由圖4.1可知，藍色部分的材料可以去除，可以節(jié)約材料外，還可以減輕結構的重量，便于搬運。此外，能滿足最大限度的減少成本。但是，減少材料的同時要考慮結構的需要，不是所有藍色部分的材料都去除。 三 結束語 通過本課程的學習，使得我們學會計算機輔助設計。計算機輔助設計更加符合現(xiàn)代化設計理念，與傳統(tǒng)設計相比，設計周期縮短，成本減少，避免材料的浪費，為社會減輕負擔。