微耕机刀具的有限元分析及优化

人类的可持续发展离不开农业,农业是我们的衣食之源,生存之本。我国幅员辽阔,地域复杂多变,发展农业不能生搬硬套,要因地制宜,具体问题要具体分析。北方多平原,平原地区就该大力推行旋耕机械,解放劳动力,提高生产效率;南方则多山多丘陵山地,不宜大型农业机械作业,而因此新型微耕机的出现,可以大大加速农业机械化之路。南方丘陵地区主要使用的微耕机,其最终实现土壤耕作的是旋耕刀,传统的旋耕刀,在使用中容易出现磨损和折断、使用寿命短、使用性能不佳等问题,因此,对微耕机旋耕刀切削土壤的过程进行研究,优化并设计出性能更好的旋耕刀,来提高旋耕机的耕作效率,对提高旋耕刀寿命、降低旋耕机功耗、提高农作物产量、提高经济效益具有很重要的意义。近几年,随着有限元相关理论的不断发展,特别是各种有限元软件的不断开发和完善,在工程问题中的应用越来越广泛,给土壤切削仿真方面的研究有了极大的促进作用。因此,本文主要采用基于有限元思想的分析法,对微耕机旋耕刀切削土壤的过程进行全程的动力学模拟仿真分析,并对旋耕刀几何结构如正切刃、侧切刃等重要参数进行优化设计,主要获得了以下成果:(1)针对性的建立了基于西南地区的土壤数据模型,模拟了微耕机旋耕刀切削土壤的全过程,并对求解的的结果进行后处理分析,并把仿真分析的各数据与旋耕刀在土壤中的实际受力各参数进行对比,验证了仿真结果的可靠性。(2)用回旋线取代过渡圆弧来连接正切刃与侧切刃,并对改进后的旋耕刀过渡刃曲线切削效果进行仿真验证分析,证明优化的可行性。(3)为进一步降低正切面切土阻力,减小刀具的磨损,减小能量损失的,对正切刃面进行优化,优化后的最佳正切刃高度是56mm,能量消耗减小了15%,优化效果比较显著。(4)经过分析得出当刃磨角分别为40°、40°时,既能有效降低磨损的能量损失,又能使刀具保持一定的锋利度,从而是刀具切削的效率进一步提高,又延长了使用寿命。