重型联合整地机机架的有限元分析

    少耕减少了耕作次数和机具对土壤结构的破坏，改善了土壤结构。少耕技术可以减少水分蒸发和水土流失，提高土壤蓄水和保墒能力，相对降低土壤透气条件及好气微生物的活动，减缓有机质分解速度，增加有机质的积累。该作业方法不用铧式犁耕翻，直接采用联合作业机具一次作业即可达到播种要求，较传统耕作方法更具有高效、节能、保护土壤的优点。与传统耕作方法相比，少耕可使小麦和玉米增产10%～17%，块茎作物增产30%以上，可降低作业成本10%～15%，提高水分利用率20%～35%，它特别适合于风沙干旱区和抢农时的多熟区。新疆是典型的干旱半干旱区，风沙大，少耕可节约复播时间，保证复播作物稳产高产，它是适应当前新疆及兵团多熟高效栽培和一年两作种植模式的耕作方式，具有广阔的应用前景。为了有效提高灭茬整地和黏重土壤耕后整地的作业质量，解决整地机具机架易形问题，设计了一种重型联合整地机（图1）。

    图1 重型联合整地机结构示意图

1 整机的结构及工作原理

    1.1整机基本结构重型联合整地机主要由半悬挂架、机架、调平机构、前列耙组、液压油缸、行走轮、后列耙组、碎土镇压辊等组成，如图l所示。前列耙组采用的是缺口耙片，后列耙组采用的是全缘耙片，可以在灭茬的同时完成整地工作。

    1.2 工作原理作业时，先通过液压系统控制液压油缸将行走轮升起，使得机架相对地面下降到一定位置。整机的重量主要由前列耙组、后列耙组和碎土镇压辊承担。在拖拉机牵引力作用下，前后列耙组上的耙片入土并不断滚动，在切碎作物根茬的同时将翻起的土壤覆盖残茬，然后碎土镇压辊继续对翻起的土壤进行松碎，从而达到较好的灭茬及碎土效果，为后续的播种创造良好的种床。

    1.3 机架工作要求  在保证重型联合整地机正常工作的前提下，调平机构、行走轮、前后耙组的运动要无干涉且机架的受力变形要在允许范围之内。同时，在满足许用强度和刚度的条件下．要使机架重量最轻。

2 机架有限元模型的建立

    2.1 机架的结构及模型建立  由于重型联合整地机机架并非对称结构，直接用ANSYS Workbench建模难度较大，于是采用三维设计软件对机架进行建模。在保证机架模型的结构和几何尺寸与实际结构相同的前提下，对机架进行了合理的简化处理。

    重型联合整地机外形尺寸为5100mm×3000mm×1410mm，是由一系列横纵梁焊合而成的边梁式整体结构，根据机架受力情况，在满足各梁强度要求的前提下，选取150mm×100mm×8mm的矩形钢Q235A用于机架材料，安全系数取2.0，故许用强度为117.5MPa，并且冷弯矩形空心型钢弯曲不得大于2mm/m，总弯曲度不得大于总长度的0.2%。在三维设计软件中建立机架基本模型，然后通过ANSYS Workbench与CAD软件接口将模型导入ANSYS Workbench中，以机架水平横梁方向为X轴，纵梁方向为Z，垂直于水平横梁、纵梁方向为Y轴建立坐标系（图2）。