深松机的结构设计和关键部位的分析

精品文档 1 1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 基于基于 solidworkssolidworks 深松机的设计深松机的设计 摘要摘要 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 1 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 精品文档 2 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 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 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 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 精品文档 3 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 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 10 15 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 3 4 年进行一次 减少了拖拉机进地次数 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 精品文档 4 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 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 1 深松犁的结构设计 1 深松犁的总体结构模型 如图 1 1 精品文档 5 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 图 1 1 精品文档 6 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 2 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 精品文档 7 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 零件 2 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 图 2 2 精品文档 8 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 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 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 2 3 图 2 3 精品文档 9 9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 零件 4 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 命令得到如图 2 4 所示的模型 图 2 4 精品文档 10 10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 零件 5 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 图 2 5 精品文档 11 11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载 零件 6 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 绘制如图 2 6 所示的草图 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 精品文档 12 12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载 零件 7 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 同样拉伸切除圆孔 完成模型 图 2 7 精品文档 13 13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载 零件 8 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 命令得到如图 2 8 所示的模型 图 2 8 精品文档 14 14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载 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 m 2 张力强度 3 99826e 008 N m 2 弹性模量 2 1e 011 N m 2 泊松比 0 28 质量密度 7800 kg m 3 抗剪模量 7 9e 010 N m 2 热扩张系数 1 3e 005 Kelvin 精品文档 15 15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载 2 结构的离散化 对模型进行结构离散化 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 1 精品文档 16 16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载 3 载荷的施加 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 2 选择选择 组组 单位单位总和总和 X X 总和总和 Y Y总和总和 Z Z合力合力 整个 模型 N1419 63662 220 159341566 49 精品文档 17 17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载 3 算例结果 1 应力的分析 图 3 3 由图 3 3 的结果可以看出 应力最小 2 96374 e 004N m 2 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 m 2 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 精品文档 18 18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载 精品文档 19 19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载 2 位移的分析 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 0mm 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 精品文档 20 20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载 3 应变的分析 图 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 181e 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 精品文档 21 21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载 4 安全系数的分析 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 精品文档 22 22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下