基于COSMOS/works的深松铲强度有限元分析

    深松铲是深松机的主要工作部件，在深松作业时承受复杂、随机变化的冲击载荷，是深松机设计的重点和难点。传统的类比设计方法是在经验的基础上进行的，对深松铲的结构和尺寸以及载荷的设计都不够精确。有限元法是一种在工程分析中常用的解决复杂问题的近似数值分析方法，以其在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用，特别是在材料应力、应变的线性范围内更是如此。

    本文对研制的深松铲进行了有限元强度分析，研究的结果为深松铲的优化设计提供了依据。

    1 深松铲有限元分析模型

    定义以铲尖方向为X方向，竖直向上为Y方向，垂直于铲柱面为Z方向，原点为深松铲的铲尖中线与铲尖前下端线的交点。

   

    1．1 模型的建立

    用建立深松铲的三维模型，如图1所示，主要由铲尖、左翼、右翼、铲尖立板、铲柱、螺栓、螺母构成。为了研究深松铲的强度特性，计算工作载荷下的应力和变形，把模型进行简化和抽象，忽略一些圆角、螺丝孔、很小的实体。

   

    1．2载荷的确定

    深松铲所受载荷的测定是在沈阳农业大学土壤一机器系统实验室的土槽试验台上进行的。土槽试验台长25 m、宽1.8 m、作业土层深度0.5 m，有两道混凝土墙夹成，试验时带有测试仪器设备的牵引车牵引着该收获装置在混凝土墙上行走，深松铲作业时模拟田间收获作业时的所受载荷。

    土槽牵引车主要由驱动部分、行走和制动部分、液压悬挂部分、电力控制部分、测试系统、动力输出部分等组成。

    深松铲为对称式工作部件，为了测定深松铲作业时的水平受力和垂直受力，研制了悬挂架式平面力系测定装置，如图2所示。连接机架与土槽台车的悬挂架相连。测力装置的两个机架通过拉压传感器连接在一起。通过各阻力分量作用于传感器的微量变形：测定平面力系的各个分量。

    适用于对称式耕作机具，如中耕机、深松铲等平面力系的测定。试验时，测力架要求调整到与地面保持水平的位置。测力框架传感器的标定采用静态标定法，在拉压传感器的主应力方向加载荷，标定三个拉压传感器的标定系数分别为1610 N／mV(0．7T传感器)、1127 N／mV(0．5T传感器)和1 495N／mV(1T传感器)。