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深耕挖掘犁刀是長根莖中藥材收獲機(jī)械的主要工作部件，傳統(tǒng)的類比設(shè)計(jì)方法是在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，對深耕挖掘犁刀的結(jié)構(gòu)和尺寸以及載荷的設(shè)計(jì)都不夠精確。鑒于挖掘部件在收獲作業(yè)時承受復(fù)雜、隨機(jī)變化的沖擊載荷，是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此，有必要建立分析模型，對其進(jìn)行有限元分析。
用Pro/E軟件建立深耕挖掘犁刀的三維實(shí)體模型，主要由刀柄、刀頭、沉頭螺栓、螺母構(gòu)成。為了研究深耕挖掘犁刀的剛度特性，計(jì)算工作載荷下的變形，把模型進(jìn)行簡化和抽象，忽略一些圓角。挖掘犁刀模型網(wǎng)格采用自由劃分的四面體單元，單元數(shù)249777個，節(jié)點(diǎn)數(shù)61752個，如圖所示。為了在保證計(jì)算精度的前提下降低計(jì)算量，在靠近接觸區(qū)域部分的有限元網(wǎng)格劃分得比較密集，而遠(yuǎn)離接觸區(qū)域的網(wǎng)格分布比較稀疏。
挖掘犁刀所受載荷的測定在佳木斯大學(xué)農(nóng)機(jī)挖掘犁刀所受載荷的測定在佳木斯大學(xué)農(nóng)機(jī)實(shí)驗(yàn)中心土槽試驗(yàn)臺上進(jìn)行。采用杭州江建機(jī)械廠的BLR-1-3T型拉壓力傳感器測定挖掘犁刀水平方向平均作業(yè)阻力，實(shí)驗(yàn)條件為：試驗(yàn)土槽長25m、寬1.8m、土壤為黑鈣土。土壤的含水率及硬度見表1和表2。犁刀挖掘深度為40cm，土槽臺車前進(jìn)速度為1.3m/s，通過3次實(shí)驗(yàn)測得其作業(yè)時的平均水平阻力為962.3N，平均垂直受力為866.5N。
根據(jù)深耕挖掘犁刀作業(yè)的實(shí)際情況和土槽試驗(yàn)的結(jié)果，固定刀柄的上部，在垂直于挖掘刀面方向施加壓強(qiáng)，接觸部分用懲罰函數(shù)法(Pure Penalty)進(jìn)行計(jì)算。
分析結(jié)果表明深耕挖掘犁刀在本試驗(yàn)條件下，產(chǎn)生的最大總變形量為9.6204mn，發(fā)生在深耕挖掘犁刀的刀頭，而最大主彈性應(yīng)變、最大彈性應(yīng)變、最大等效彈性應(yīng)變發(fā)生在深耕挖掘犁刀聯(lián)接螺母上。
在深耕挖掘作業(yè)時，由于作業(yè)阻力比較大，挖掘犁刀的刀頭會承受較大的應(yīng)力，發(fā)生變形。利用有限元分析軟件ANSYS對深耕挖掘犁刀進(jìn)行了強(qiáng)度分析，確定了深耕挖掘犁刀在挖掘時的應(yīng)變分布圖，分析結(jié)果為深耕挖掘犁刀的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
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