深松整地联合作业机的优化设计

保护性耕作是现代农业技术未来发展方向,深松技术是保护性耕作技术的重要组成部分,它不仅可以打破多年传统耕作所形成的坚硬犁底层,而且深松后在铅垂面土壤形成上松下实,水平面虚实相间的土体结构,是重要的保土保肥、增产增效技术。本文针对目前深松整地联合作业机作业阻塞严重、阻力大等问题,设计一种振动式深松机与破茬圆盘及镇压碎土辊相结合的深松整地联合作业机。借助有限元分析方法对结构进行了优化,对关键部件设计参数进行试验研究。本文主要完成的工作及结论如下:(1)完成了深松整地联合作业机方案设计根据需求分析、多方案比较,确定了深松整地联合作业机整体和关键部件的设计方案。即深松类型为行间深松,整机由破茬机构、深松机构和整地机构三部分组成,破茬机构采用弹簧加压的被动式大波纹破茬圆盘刀;深松铲采用单排的布置方式,并采用自激振动技术实现减阻;整地机构采用齿辊式斜线型滚子。(2)确定了关键部件的设计参数设计了一种角度可调、可更换不同类型圆盘刀的圆盘刀试验台,采用四因素三水平正交试验法,确定了被动式圆盘刀作为破茬圆盘刀的设计参数:大波纹型圆盘刀,前进速度为5 km/h,偏角为5°,倾角为2°。(3)完成了结构的三维建模及虚拟装配运用Pro/E软件对深松整地联合作业机的各部件进行三维造型,并对三维模型进行了虚拟装配,检验了产品的可装配性,并为有限元分析奠定了基础。(4)完成了深松铲的有限元分析及优化基于深松铲铲柄和铲尖的理论受力分析,运用ANSYS软件对铲柄和铲尖分别进行静力学分析,得出铲柄和铲尖的所受最大应力分别为274MPa、349MPa,最大变形量分别为4.8×10-2mm、4.75×10-4mm。根据有限元分析结果对铲柄和铲尖进行了优化设计,优化后的铲柄最大变形量和最大应力分别为原铲柄的43.75%、50%,铲尖的设计安全系数由1.02提高到1.28。(5)制作了样机完成了整套深松整地联合作业机设计图纸,制作了样机,并进行了田间性能试验。重复试验结果表明样机基本无阻塞情况,并且其耕深稳定性、碎土率、耕后地表平整度、土壤扰动系数、功率消耗及打滑率等各项作业性能指标都优于行业国家标准。(6)对大波纹圆盘刀进行了参数化设计运用C++语言,对三维CAD软件Pro/E进行二次开发,完成了大波纹破茬圆盘刀的参数化设计,能够实现自动生成三维图形和生成二维工程图等功能。