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深松機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)體系中主要配套機(jī)具之一，作業(yè)后可加深耕層而不翻轉(zhuǎn)土壤，打破犁底層，能夠增加土壤的透氣性，減輕土壤侵蝕，從一定程度上提高土壤的蓄水抗旱能力。深松鏟是深松機(jī)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)參數(shù)與加工工藝水平不僅影響著整機(jī)的尺寸和質(zhì)量，而且在很大程度上影響著深松效果。設(shè)備的可靠性和使用壽命，因此深松鏟的強(qiáng)度。剛度研究是深松機(jī)設(shè)計和制造必不可少的環(huán)節(jié)。如何快速準(zhǔn)確地對深松鏟進(jìn)行設(shè)計和強(qiáng)度校核，并縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，是擺在設(shè)計師面前一個十分棘手的問題。
參數(shù)化設(shè)計和有限元分析能力，探索了設(shè)計農(nóng)機(jī)具的新思路，只要設(shè)計人員改變參數(shù)，就可使用進(jìn)行深松鏟的參數(shù)化設(shè)計，并進(jìn)行了詳細(xì)的有限元分析，從而能夠大大減少深松機(jī)研究與設(shè)計的工作量，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
深松鏟主要由鏟柱和鏟尖兩部分組成。利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)完成深松鏟各部分的初步設(shè)計，確定其幾何尺寸。公差精度。材料特性。結(jié)構(gòu)原理和裝配關(guān)系等特征參數(shù)。根據(jù)Pro/E的參數(shù)化建模技術(shù)，在分析了各零部件尺寸參數(shù)和約束的基礎(chǔ)上，制造所需要零部件數(shù)據(jù)庫，利用虛擬裝配技術(shù)，根據(jù)尺寸約束特性將所需的各零部件裝配成整體，隨后進(jìn)行干涉檢查和整體檢查。如果在檢查中發(fā)現(xiàn)了問題，修改結(jié)構(gòu)或尺寸，直到檢查合格為止。
為尋求鏟柱最優(yōu)結(jié)構(gòu)形狀，假定深松鏟柱截面形狀有梯形和三角形兩種結(jié)構(gòu)形式，分析不同截面鏟柱的變形及應(yīng)力情況，如圖所示。
根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，翼形鏟尖深松效果較好。Pro/E參數(shù)化設(shè)計后的鏟尖三維模型如圖所示。
為了模擬深松鏟真實(shí)工作情況，須對剛體施加約束，限制其自由度。本研究中在鏟柱的5個螺栓孔及鏟尖與鏟柱相聯(lián)結(jié)的兩個螺栓孔處分別施加約束，限4個移動自由度以及兩個垂直于孔軸線方向的轉(zhuǎn)動自由度。
由圖可知，鏟柱的下端，即與鏟尖連接處變形較大，梯形鏟柱最大變形值為 0.078，三角形鏟柱最大變形值為0.024，而兩種形狀鏟柱變形量均較小。
由圖可知，深松鏟尖最大變形處在鏟的尖端部，最大變形值為0.066，越接近后部變形越小。由圖可知，鏟尖在工作過程中最大應(yīng)力位置在與鏟柱相聯(lián)接的第1個螺栓孔前，得到最大應(yīng)力值為120 MPa，越接近前面尖部的位置所受的應(yīng)力越小。鏟尖最大應(yīng)力和變形值均在允許范圍之內(nèi)，即結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計要求。
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