基于UG和ANSYS的流线翼形深松铲建模与分析.pdf

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1、第3期总第２37期农业科技与装备Ｎｏ．3ＴｏｔａｌＮｏ．２37２０１4年3月ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔMar．２０１4基于UG和ANSYS的流线翼形深松铲建模与分析藏宇（阜蒙县塔营子镇农机站，辽宁阜新123111）摘要：为满足辽西地区保护性耕作的要求，设计可减小土壤阻力的流线翼形深松铲，利用UG软件建立深松铲三维模型，并采用ANSYS软件进行静力分析，确定深松铲耕作时的变形和应力分布情况，为深松铲的研制提供理论依据。关键词：深松铲；三维建模；有限元分析；变形；应力中图分类号：S220.2文献标识

2、码：Ａ文章编号：1674-1161（2014）０3-0024-03深松可打破犁底层、改善土壤结构、建立土壤水库、促进作物高产，是保护性耕作的关键技术之一。深松耕作需打破犁底层，作业深度一般在25cm以上，耕作阻力大，能耗高。目前，国内外学者主要通过合理优化深松部件结构、改变土壤物理机械性质来减小牵引阻力和降低能耗。为此，设计一种可减小土壤对深松铲阻力的流线翼形深松铲，并利用UG和ANSYS软件对深松铲进行三维建模和有限元分析，确定深松铲的结构特征和模态参数，为深松部件的设计提供参考。1深松铲设计要求深松铲是深松机的主要工作部件，承受耕层土壤1.铲翼；2

3、.铲柱；3.铲尖立板；4.铲尖内复杂且随机变化的载荷作用。深松阻力过大，易导图1深松铲结构致深松铲弯曲变形。深松铲的设计应符合以下要求：Figure1Structureofdeeplooseningshovel1）入土容易，作业时入土行程短；2）对表层土壤扰动小，对土壤破坏的横向影响范围小，不损伤作物根系；3）外形圆滑过渡，没有较大的应力集中；4）结构简单，使用维护方便。2深松铲结构设计流线翼形深松铲（见图1）主要由铲柱、铲尖、铲尖立板和左右铲翼组成。作业时，随着深松铲与土壤的接触，切削角不断变化，碎土而不翻土。深松铲的各项具体参数见图2。翼张角2γ是

4、深松铲两翼沿着拖拉机前进方向的水平面夹角，其确定依据是使秸秆（或草根）沿铲刃口滑动切割，以减小切割阻力，避免杂草（或秸秆）缠绕。图2深松铲参数Figure2Parametersofdeeplooseningshovel只有切割阻力沿刃口的分力大于秸秆（或草根）和刃口间的摩擦阻力，秸秆（或草根）才能顺利地沿刃口向施保护性耕作的辽西地区土壤介于砂土和中壤土之后滑移。秸秆阻力取决于秸秆种类、土壤类型及其物间，浅松时的2γ可取70～80°，以减小土壤的侧向位理机械特性，不同的土壤耕作应采用不同的γ角。实移。根据以上分析，翼张角设计为60°。隙角ε是铲尖下表面与

5、水平面间的夹角，其值不收稿日期：2014-02-12宜过小。为保证铲尖的入土性能，γ设计为8°。碎土角作者简介：臧宇（1980—），男，助理工程师，从事农业机械推β的作用是破碎土壤，其值越大，碎土能力越强。但碎广与试验工作。２０１4年第3期藏宇：基于UG和ANSYS的流线翼形深松铲建模与分析25土角过大，会搅混上、下土层，增加土层侧向位移及牵情况，固定深松铲铲柱的上端面，在铲尖面施加3.15×72引阻力。结合实际情况，γ设计为10°。入土角α的设10N/m压力，静力分析结果如图4所示。计应满足疏松土壤、且不翻转土层的要求。α越小，切土阻力越小，但入土性

6、能会减弱。综合考虑，入土角设计为18°。深松铲的幅宽B根据入土条件、松土性能和强度要求确定。根据田间试验结果和机具设计要求，幅宽设计为100mm。为减小作业阻力及深松铲的横向影响范围，深松铲双翼设计一定夹角δ。结合实际情况，翼夹角设计为120°。铲尖宽度b影响深松铲的入土能力和作业阻力，因此应结合深松铲的具体结构，尽量减小铲尖的宽度。b设计为25mm。铲尖曲率半a）深松铲变形b）深松铲位等效应力场分布径R是保证深松铲入土性能的重要参数。根据我国传统的犁铧曲率半径取值，R选用800mm。铲尖立板图4深松铲静力分析Figure4Staticanalysis

7、ofdeeplooseningshovel和直铲柱构成抛物线型铲柄，以不铲秸秆为原则，确定曲率半径R0为400mm。深松铲采用65Mn经调质由图4可以看出：在深松过程中，铲柱变形很大；处理，硬度达到HRC40以上。铲柱两侧、铲尖立板同铲柱结合处、铲尖立板同铲尖3深松铲三维建模结合处应力集中，应该加强铲柱强度，并加强铲柱与利用UG软件，通过画草图、拉伸、扫略、求和、求机架的联接，减小铲柱变形。差、镜像等操作建立深松铲的三维模型（如图3所5深松铲改进设计示）。为进行有限元分析和建模方便，对流线翼形深松对深松铲的静力分析可以看出：深松作业阻力较铲进行处理：将

8、螺纹连接的部分去掉，假定全部采用大时，深松铲承受较大的应力，容易发生形变。为增加焊接连接，同时