深松機的結構設計和關鍵部位的分析

基于solidworks深松機的設計

【摘要】：為了進一步完善耕作系統，針對國內外現有深松機存在的深松度達

不到要求、耕作阻力大、易堵塞及能耗高等問題，對深松效應進行了深入研究,

設計了適合在保護性耕作條件下進行深松作業的機械。通過對深松機工作原理

和結構的分析與計算，確定了該機具各部件的總體布局，設計出適合動力配置

的能對土壤進行高效松碎的深松部件及其結構參數。和對關鍵部件的有限元分

析及其仿真。

關鍵詞：深松機有限元分析

一深松的背景和好處及其種類

（一）深松作業的背景

在農業生產上，要想獲得糧食豐產豐收，不僅需要有優良的種子，足夠的肥

料，控制病蟲害的方法手段，還需要有先進適用的機械化技術做為支撐。

1、機械深松技術含義:是指用不同的動力機械配套相應的深松機械，來完成

農田深松作業的機械化技術。機械深松的目的是疏松土壤，打破犁底層，增強

雨水入滲速度和數量，減少徑流，減少水份蒸發損失。由于機械深松是只松土、

不翻土，作業后使耕層土壤不亂，動土量小，所以特別適合于黑土層淺、不宜

耕翻作業的土壤。土壤實現機械深松，實際上是一場農業耕種領域內的技術革

命，它正在變為一種使糧食增產最有效、先進的技術耕作制度而被人們認識和

認可。

2、機械深松的背景及必要性:農業生產事實告訴我們，制約糧食增產最重要

的因素之一就是土壤的質量。據調查，在過去的30年中，我省大局部土地是

以傳統耕作方式為主，即小型農機具作業，連年耕作，導致土壤耕層只有12-15

厘米左右，上壤板結嚴重，阻力不斷增大，犁底層的上壤變得硬脆，-鍬下去

就會大塊大塊地開裂，同時厚硬的犁底層也阻礙著土壤上卜水氣的貫穿和天然

降水的貯存，小型農機具的連年作業，也導致了土壤中蚯蚓等生物的大量減少,

土壤毛細管的破壞，土壤養分輸送能力的破壞，難以維持植株正常生長對水、

肥、氣、熱的需求;另外多年來傳統的種植習慣-一翻、耙、壓，翻動土壤嚴重,

不符合作物生長需求;另一方面機車屢次進地，土壤壓實，降雨徑流現象十分

突出，土壤蓄水保墻能力明顯缺乏。

據測定，小四輪機械滅茬，耕深6-10cm,多功能復式整地機也只有12-16cm。

由此導致了土壤干旱現象逐年加劇，惡性循環，農作物只能在夾層陜小的空間

中生長，根系開展沒有空間，養份吸收不上來，造成農作物生長不良，抗風、

抗旱、抗病能力缺乏。土壤板結，玉米根系不能深扎，應該說耕地質量下降，

已成為提高農一業綜合生產能力的根底性障礙因素。鑒于上述問題，在農業種植

技術上，就必須進行改革，大力推廣以機械化深松為主導的種植模式，這是在

目前現有綜合技術條件下，使玉米增產的最為有效的方法，實行以機械化深松

為主的保護性耕作技術，已是迫在眉睫。

（二）深松作業的好處：

實施深松作業有以下幾方面的好處：

1、提高土壤蓄水保埔能力。土壤經過深松作業后，打破犁地層，增加土壤

孔隙度，增加了雨水滲透能力，有利于減少水土流失，較多地吸納、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，促進土壤速

效養分和有機質的形成。

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長條件，根系

粗壯、下扎較深、分布優化，可以充分的吸收土壤的水分和養分，提高作物的

抗旱、抗倒伏能力。土壤實施深松作業后一般能增產10—15%。

4、大大降低生產本錢。較鋅式犁旋耕機相比，作業效率高，鉀式犁作業后

還需旋耕，填墻溝，一般旋耕機作業兩遍，而深松機一遍完成，一般3—4年

進行一次，減少了拖拉機進地次數，減少了資源消耗，從整體來看降低了作業

本錢，是節能減排的一項重大措施;但是必須注意，深松作業的土地播種后，

必須及時壓水，防止出現去年秋冬突降大雪，凍死青苗的現象。

（三）深松機具的種類和特點

1、深松機種類和特點:機械化深松按作業性質可分為局部深松和全面深松兩

種。全面深松是用深松犁全面松土，這種方式適用于配合農田根本建設，改造

耕層淺的土壤。局部深松那么是用桿齒、鑿形鏟或鋅進行松土與不松土相間隔

的局部松土。由于間隔深松創造了虛實并存的耕層結構，實踐證明，間隔深松

優于全面深松，應用較廣。

當前，在生產中應用的土壤深松方法主要有間隔深松、壟溝深松、中耕深松、

淺耕深松、壟翻深松、全面深松等。

按作業機具結構原理可分為:鑿式深松、翼鏟式深松、振動深松、鵝掌式深松

等。不同深松機具因結構特點不一，作業性能也有一定差異，適用土壤及耕地

類型也有一定的變化。一般來講，以松土、打破犁底層作業為目的的常采用全

面深松法，以打破犁底層、蓄水為主要目的的常采用局部深松法。有些種類的

機具兼有局部深松和全面深松的特點，如全方位深松機、振動深松機等。

二深松犁的結構設計及其關鍵部位分析

（一）深松犁的結構設計

1、主要部件模型的建立

各部件的簡化模型建立

零件1的建模：

零件2的建模：

點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇一個基準面，開始

草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，點擊特征命令中的“拉伸”命

令得到如圖2.2所示的模型。

零件3的建模：

點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇一個基準面，前基

準面，點正視該基準面，開始草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，

點擊特征命令中的“拉伸”

零件4的建模：

點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左

視基準面，開始草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，點擊特征命令

中的“拉伸”命令得到如圖2.4所示的模型。

零件5的建模:

點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左

視基準面，開始草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，點擊特征命令

中的“拉伸”命令得到的模型，如圖2.5。在如下圖的模型的前面，

創立一個基準面，繪制圓，編輯尺寸，退出草圖。點擊特征命令中的

“拉伸切除”，得到孔。對該模型倒角，完成模型。

零件6的建模:

點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左

視基準面，開始草圖的繪制，繪制如圖2.6所示的草圖。退出草圖，

點擊特征命令中的“旋轉”命令得到所示的模型。選取圖中零件的左

血創立一個基準血，繪制一個圓孔，標注尺寸，退出草圖。選取草圖,

進行拉伸切除，得到圓孔。最后對輪子的外觀進行編輯，渲染外表，

完成模型。

零件7的建模:

點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左

視基準面，開始草圖的繪制，繪制一個u形草圖。退出草圖，在如圖

2.7的右面創立一個基準面，在該基準面上繪制一個長方形的草圖，

尺寸標注完后退出草圖。在特征模塊中的掃描出一個U形的實體，在

實體上的左面創立一個基準面，在該基準面上繪制一個圓，拉伸切除

一個圓孔。在該實體上創立基準面4,在該基準面上繪制圓，同樣拉

伸切除圓孔，完成模型。

零件8的建模：

點擊文件“新建”，進入草圖的繪制界面，選擇前視基準面或者左

視基準面，開始草圖的繪制，繪制完草圖。退出草圖，點擊特征命令

中的“拉伸”命令得到如圖2.8所示的模型。

（二）關鍵部件的分析

1、材料

材料屬性

名稱：普通碳鋼

模型類型：線性彈性同向性

屈服強度：2.20594e+008N/mA2

張力強度：3,99826e+008N/m人2

彈性模量:2」e+011N/mA2

泊松比：0.28

質量密度：7800kg/m人3

抗剪模量：7.9e+010N/m八2

熱擴張系數：1.3e-005/Kelvin

2、結構的離散化

3、載荷的施加

選擇總和Y總和Z合力

單位總和X

組

整個N

模型

對模型的約束及其施加載荷，載荷的大小垂直于工作面，如圖3,2o

約束根據實際情況進行模擬約束，添加固定幾何約束。

3、算例結果

(1)應力的分析

由圖3.3的結果可以看出,應力最小2.96374e+004N/m八2,且最

小應力出現最下端，由于此處的扭矩最小，古應力最小。

最大5.5640e+007N/m人2,最大應力出現在最上端，由于最上端

離作用點最遠，扭矩最大，故出現最大應力。

由結果可知，最大應力遠小于材料的屈服應力，故此能到達要求。

(2)位移的分析

此模型可以看作是一個懸臂梁的受力分析。由圖3.4可以看出，最

小位移約0mm,且最小位移出現在最頂端。由于最頂端為固定幾何

約束，所以位移此處最小。

e-002mm,由于此處離約束端最遠，懸臂梁的長度最長，故此處出現

最大位移。

由于最大位移為最大時，在工程實際問題中的可以忽略不計，因此

此模型能夠滿足工程實際問題的需要。

(3)應變的分析

e-007mm,且最小位移出現在最頂端。由于最頂端為固定幾何約束，

所以位移此處最小。

e-004mm,由于此處離約束端最遠，懸臂梁的長度最長，故此處出現

最大位移。

由于最大應變為最大，在工程實際問題中的可以忽略不計，因此此

模型能夠滿足工程實際問題的需要。

(4)平安系數的分析

由圖3.6可知，此零件在該模擬的情況下的平安系數的情況。

最小的平安系數為3.96,最大系數為7443.10.但是該零件大局部的

單元結構的平安系數都在最小值范圍內，故該零件的材料大多數沒有

浪費，都能夠發揮最好的性能。只有極其少數的一些材料平安系數過

大，材料過于浪費。

總體上講，該零件的材料沒有浪費，都發揮到自己的作用。因此，

在實際工程中，滿足經濟性的要求，節約本錢。

4、結構的簡化設計

設計洞察的觀測

對于所有工程設計除了滿足根本的工程性能問題外，還要滿足經濟性，簡

單的說就是要節約本錢，在滿足功能的前提下要盡可能的減少本錢。

由以上結果得到的零件，雖然能很好