基于SolidWorks圆盘式免耕开沟器的仿真设计与分析

0 引言

    保护性耕作技术可有效地抵御干旱、控制土壤侵蚀、增加地力和提高作物产量。而免耕播种技术是其核心技术，即在有作物秸秆和残茬覆盖的免耕地上进行播种作业，要求免耕播种机具有较好的防堵性能，以保证满足播种农艺要求的作业质量和机器的田间通过性。

    目前，国内外用于免耕播种机的防堵装置主要有切断型、分开型和其它型。由于作物秸秆分布及其含水率、土壤质地变化和有诸如石块等扰动因素的影响，采用人工准确计算工作部件在工作过程中的受力情况、应力状态以及对其进行强度校核是比较困难。本文采用/Simulation对圆盘式免耕开沟器进行建模和仿真，对圆盘刀进行结构、强度和应力分析计算，获得刀片应力、位移和应变分布图，提高了设计效率，从而为免耕播种机的参数化设计和优化设计提供了理论依据。

1 破茬原理和性能分析

    1.1 基本原理

    破茬开沟部件是免耕播种机关键部件，是直接与土壤接触发生作用的部件，它为施肥播种创造适宜的沟带。其结构不仅决定种肥沟的形状，而且还会影响开沟器的入土性能、防堵效果及整个播种机的阻力，进而影响播种质量、种子发芽率。破茬开沟部件在未经翻耕且有作物残茬的土壤中工作，难度较大。因此，免耕开沟器除应满足一般播种机的要求外，还应满足破茬开沟窄、种肥分施且距离可调、回土性能好、布局合理等要求。

    免耕播种机的防堵技术主要有：切断型是利用旋转工作部件的刃口切断覆盖层、开出缝隙，从而使开沟器顺利通过；而分开型是利用扫、拨和绕流等方式清除播种单组前方秸秆层，清理出无覆盖层的播种条带，保证免耕播种机良好的通过性；其他型式是指利用新的工艺措施和新的原理解决免耕播种机的作业时的堵塞问题。

    本设计的工作原理为：圆盘开沟部件与免耕播种机连接，随动力机械前行，圆盘刀入土10cm左右，开出纵向沟槽，同时，在其两侧对称安装有向外L型翼刀，开出横向沟槽，种肥从其两侧分施入土。这样不仅能够实现切断秸秆、残茬、杂草等，还可满足在保证种子发芽的条件下尽量减少动土量的要求。

    1.2 性能分析

    圆盘刀基本结构如图1所示。圆盘半径R=250mm，入土深度h=100mm，圆盘刀厚度D=3.6mm，刃口厚度=3.56mm。

    图1 圆盘刀结构参数图