深松机的结构设计和关键部位的分析

1、基于 solidworks 深松机的设计【摘要】： 为了进一步完善耕作系统 ,针对国内外现有深松机存在的 深松度达不到要求、耕作阻力大、易堵塞及能耗高等问题 , 对深松效 应进行了深入研究 ,设计了适合在保护性耕作条件下进行深松作业的 机械。通过对深松机工作原理和结构的分析与计算 ,确定了该机具各 部件的总体布局 ,设计出适合动力配置的能对土壤进行高效松碎的深 松部件及其结构参数。和对关键部件的有限元分析及其仿真。关键词：深松机 有限元分析一 深松的背景和好处及其种类（一）深松作业的背景 在农业生产上，要想获得粮食丰产丰收，不仅需要有优良的种子， 足够的肥料， 控制病虫害的方法手段， 还需要有

2、先进适用的机械化技 术做为支撑。1、机械深松技术含义 : 是指用不同的动力机械配套相应的深松机 械，来完成农田深松作业的机械化技术。 机械深松的目的是疏松土壤， 打破犁底层，增强雨水入渗速度和数量，减少径流，减少水份蒸发损 失。由于机械深松是只松土、不翻土，作业后使耕层土壤不乱，动土 量小，所以特别适合于黑土层浅、不宜耕翻作业的土壤。土壤实现机 械深松， 实际上是一场农业耕种领域内的技术革命， 它正在变为一种 使粮食增产最有效、先进的技术耕作制度而被人们认识和认可。2、机械深松的背景及必要性 :农业生产事实告诉我们，制约粮食增 产最重要的因素之一就是土壤的质量。据调查，在过去的 30 年中，

3、我省大部分土地是以传统耕作方式为主， 即小型农机具作业， 连年耕 作，导致土壤耕层只有 12-15 厘米左右，土壤板结严重， 阻力不断增 大，犁底层的土壤变得硬脆，一锹下去就会大块大块地开裂，同时厚 硬的犁底层也阻碍着土壤上下水气的贯通和天然降水的贮存， 小型农 机具的连年作业， 也导致了土壤中蚯蚓等生物的大量减少， 土壤毛细 管的破坏，土壤养分输送能力的破坏，难以维持植株正常生长对水、 肥、气、热的需求 ;另外多年来传统的种植习惯 - 翻、耙、压，翻动 土壤严重，不符合作物生长需求 ;另一方面机车多次进地，土壤压实， 降雨径流现象十分突出，土壤蓄水保墒能力明显不足。 据测定，小四轮机械灭茬，

4、耕深 6-10cm ，多功能复式整地机也只有 12-16cm 。由此导致了土壤干旱现象逐年加剧，恶性循环，农作物只 能在夹层陕小的空间中生长，根系发展没有空间，养份吸收不上来， 造成农作物生长不良，抗风、抗旱、抗病能力不足。土壤板结，玉米 根系不能深扎， 应该说耕地质量下降， 已成为提高农业综合生产能力 的基础性障碍因素。鉴于上述问题，在农业种植技术上，就必须进行 改革，大力推广以机械化深松为主导的种植模式， 这是在目前现有综 合技术条件下， 使玉米增产的最为有效的方法， 实行以机械化深松为 主的保护性耕作技术，已是迫在眉睫。（二）深松作业的好处：实施深松作业有以下几方面的好处：1、提高土壤蓄

5、水保墒能力。土壤经过深松作业后，打破犁地层， 增加土壤孔隙度，增加了雨水渗透能力，有利于减少水土流失，较多 地吸纳、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 进土壤速效养分和有机质的形成。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长条 件，根系粗壮、下扎较深、分布优化，可以充分的吸收土壤的水分和 养分，提高作物的抗旱、抗倒伏能力。土壤实施深松作业后一般能增 产 1015% 。4、大大降低生产成本。较铧式犁旋耕机相比，作业效率高，铧式 犁作业后还需旋耕，填墒沟，一般旋耕机作业两遍，而深松机一遍完 成，一般 34 年进行一次，减少了拖拉

6、机进地次数，减少了资源消 耗，从整体来看降低了作业成本，是节能减排的一项重大措施;但是必须注意，深松作业的土地播种后，必须及时压水，防止出现去年秋 冬突降大雪，冻死青苗的现象。（三）深松机具的种类和特点1、深松机种类和特点 : 机械化深松按作业性质可分为局部深松和全 面深松两种。 全面深松是用深松犁全面松土， 这种方式适用于配合农 田基本建设，改造耕层浅的土壤。局部深松则是用杆齿、凿形铲或铧 进行松土与不松土相间隔的局部松土。 由于间隔深松创造了虚实并存 的耕层结构，实践证明，间隔深松优于全面深松，应用较广。当前，在生产中应用的土壤深松方法主要有间隔深松、垄沟深松、中 耕深松、浅耕深松、垄翻深

7、松、全面深松等。按作业机具结构原理可分为：凿式深松、翼铲式深松、振动深松、鹅 掌式深松等。不同深松机具因结构特点不一，作业性能也有一定差异， 适用土壤及耕地类型也有一定的变化。一般来讲，以松土、打破犁底 层作业为目的的常采用全面深松法， 以打破犁底层、蓄水为主要目的 的常采用局部深松法。有些种类的机具兼有局部深松和全面深松的特 点，如全方位深松机、振动深松机等。二深松犁的结构设计及其关键部位分析（一）深松犁的结构设计1、深松犁的总体结构模型，如图1.1图 1.12、主要部件模型的建立各部件的简化模型建立零件1的建模：再打开软件后，点击草图开始绘制一个长方形，并绘制一个圆，各尺寸使用智能尺寸进行

8、标注。退出草图后，使用特征命令，进行拉伸在选择左边的一个面，另外创立一个基准面，在该基准面上绘制草图进行拉伸，最后镜像、倒角得到最终零件。如图 2.1图2.1零件3的建模:点击文件“新建”，进入草图的绘制界面，选择一个基准面，开始 草图的绘制，绘制完草图。退出草图，点击特征命令中的“拉伸”命 令得到如图2.2所示的模型。点击文件“新建”，进入草图的绘制界面，选择一个基准面，前基 准面，点正视该基准面，开始草图的绘制，绘制完草图。退出草图， 点击特征命令中的“拉伸”命令得到该零件的基准模型。在拉伸面创 建一个基准面，绘制一个四边形，对尺寸进行标注，退出草图，拉伸 草图，最后倒角，完成模型。如图

9、2.3图2.3点击文件“新建”，进入草图的绘制界面，选择前视基准面或者左 视基准面，开始草图的绘制，绘制完草图。退出草图，点击特征命令 中的“拉伸”命令得到如图2.4所示的模型。零件#的建模:点击文件“新建”，进入草图的绘制界面，选择前视基准面或者左 视基准面，开始草图的绘制，绘制完草图。退出草图，点击特征命令 中的“拉伸”命令得到的模型，如图2.5。在如图所示的模型的前面, 创建一个基准面，绘制圆，编辑尺寸，退出草图。点击特征命令中的“拉伸切除”，得到孔。对该模型倒角，完成模型。点击文件“新建”，进入草图的绘制界面，选择前视基准面或者左 视基准面，开始草图的绘制，绘制如图 2.6所示的草图。

10、退出草图， 点击特征命令中的“旋转”命令得到所示的模型。选取图中零件的左 面创建一个基准面，绘制一个圆孔，标注尺寸，退出草图。选取草图, 进行拉伸切除，得到圆孔。最后对轮子的外观进行编辑，渲染表面， 完成模型。图2.6零件9的建模:点击文件“新建”，进入草图的绘制界面，选择前视基准面或者左 视基准面，开始草图的绘制，绘制一个 u形草图。退出草图，在如图 2.7的右面创建一个基准面，在该基准面上绘制一个长方形的草图， 尺寸标注完后退出草图。在特征模块中的扫描出一个U形的实体，在 实体上的左面创建一个基准面，在该基准面上绘制一个圆，拉伸切除 一个圆孔。在该实体上创建基准面 4,在该基准面上绘制圆，

11、同样拉 伸切除圆孔，完成模型。点击文件“新建”，进入草图的绘制界面，选择前视基准面或者左 视基准面，开始草图的绘制，绘制完草图。退出草图，点击特征命令 中的“拉伸”命令得到如图2.8所示的模型。图2.8（二）关键部件的分析1、材料材料属性名称 : 普通碳钢模型类型 : 线性弹性同向性屈服强度：2.20594e+008 N/mA2 张力强度：3.99826e+008 N/mA2 弹性模量 ： 2.1e+011 N/mA2 泊松比 ： 0.28质量密度 ： 7800 kg/mA3抗剪模量： 7.9e+010 N/mA2热扩张系数 ： 1.3e-005 /Kelvin2、结构的离散化对模型进行结构离

12、散化，就是有限元分析的基础。结构的离散化也就 是网格化，网格化就是将模型分成若干小方块或者三角形单元。对单元的每个节点进行计算作近似代替，并用位移插值函数算出每个点的 相关特征。离散化的结构模型如图 3.1图3.13、载荷的施加选择组单位总和X总和Y总和Z合力整个模型N1419.63662.220.159341566.49表3.1对模型的约束及其施加载荷，载荷的大小垂直于工作面，如图3.2 约束根据实际情况进行模拟约束，添加固定几何约束。图3.23、算例结果(1)应力的分析van55, Rdn, dpr a51, QOH 244. 04 b, STXj 004. D_41, T鮎，泪啟03T.

13、 iOSB丸 0.3t*fc39E. 0B2T, 835, o&o. g2 卸 200.122 rit 隔 59G. 01 知 191, 34 e. 0魚 at, iii.o4,昭 8?4.s图3.3由图3.3的结果可以看出，应力最小 2.96374 e+004N/mA2 ，且最 小应力出现最下端，由于此处的扭矩最小，古应力最小。最大5.5640e+007 N/mA2，最大应力出现在最上端，由于最上端离作用点最远，扭矩最大，故出现最大应力。由结果可知，最大应力远小于材料的屈服应力，故此能达到要求。(2)位移的分析fl7 TJTfc-dftJ& V4QDa6 mirU5 4r-00 d苣能询时

14、a. stSi-nM3 阳HIM121.韶 XLQiMl.lLiOt-UMi图3.4此模型可以看作是一个悬臂梁的受力分析。由图3.4可以看出，最小位移约Omm，且最小位移出现在最顶端。由于最顶端为固定几何 约束，所以位移此处最小。最大位移9.272e-002mm，由于此处离约束端最远，悬臂梁的长度 最长，故此处出现最大位移。由于最大位移为最大时，在工程实际问题中的可以忽略不计， 因此 此模型能够满足工程实际问题的需要。(3)应变的分析E刃站 1外计讪 lu VlfiTQtd_ 1. ifrb Ufi-uwd-.1.4e50HL !-y. aUiruf?J- J4-UW3L 22L i-CO4图

15、3.5此模型可以看作是一个悬臂梁的受力分析。由图3.5可以看出，最小应变约3.181 e-007mm，且最小位移出现在最顶端。由于最顶端为固 定几何约束，所以位移此处最小。最大应变1.979e-004mm，由于此处离约束端最远，悬臂梁的长度 最长，故此处出现最大位移。由于最大应变为最大，在工程实际问题中的可以忽略不计，因此此 模型能够满足工程实际问题的需要(4)安全系数的分析- Ldis. n_. 4,& 3. 314弭宝健 3 723.55乳a帖：駁 4气幡,E.14(4. 7i-_ i,.34S. iJ &Z3. =?3 *3 &图3.6由图3.6可知，此零件在该模拟的情况下的安全系数的情况。 最小的安全系数为3.96，最大系数为7443.10.但是该零件大部分的 单元结构的安全系数都在最小值范围内，故该零件的材料大多数没有 浪费，都能够发挥最好的性能。只有极其少数的一些材料安全系数过 大，材料过于浪费。总体上讲，该零件的材料没有浪费，都发挥到自己的作用。因此， 在实际工程中，满足经济性的要求，节约成本4、结构的简化设计 设计洞察的观测图4.1对于所有工程设计除了满足基本的工程性能问题外，还要满足经 济性，简单的说就是要节约成本，在满足功能的