曹振波，張強，陶承虎

（沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110141）

梳齒結(jié)構(gòu)適合通過較小固體物塊，并且具有梳齒松動沙性或粘性土壤，因此，廣泛應(yīng)用于垃圾、土塊、石塊的平整工作。塔里木大學(xué)的甄建民設(shè)計了一種梳齒式耕層殘膜回收機，在新疆地區(qū)的沙性土壤中得到了較好的應(yīng)用。但是，對于梳齒的優(yōu)化分析，近年來國內(nèi)相關(guān)工作較少。本文利用Solidworks Simulation，分析了一種用于翻動土壤的梳齒結(jié)構(gòu)，提出了一種梳齒有限元優(yōu)化分析的方法，對梳齒的成本降低有重要作用。

1 梳齒的結(jié)構(gòu)及仿真分析

用于分析的梳齒結(jié)構(gòu)如圖1所示。該梳齒機構(gòu)用于翻動土壤。梳齒結(jié)構(gòu)包括固定塊、梳齒、加強筋、加強桿。其中，固定塊、梳齒、加強筋、加強桿之間通過焊接聯(lián)接，焊縫滿焊。固定塊固定在梳齒上方的其他機構(gòu)上，為梳齒的運動提供動力。工作狀態(tài)下，梳齒下半300mm受力6000N。

圖1 梳齒機構(gòu)

圖2 梳齒機構(gòu)受力分析

梳齒機構(gòu)使用Solidworks Simulation進行分析。

第一步，對梳齒機構(gòu)進行建模；第二步，簡化模型。壓縮了裝飾件和非承載機構(gòu)，壓縮了不重要的孔結(jié)構(gòu)，壓縮了不重要的倒角、圓角等機構(gòu)。簡化后的模型如圖1所示；第三步，加載材料，加載梳齒機構(gòu)為304不銹鋼材料；第四步，對焊縫進行設(shè)置。由于焊縫強度一般高于焊接母材強度，因此對各子焊接件設(shè)置“無穿透”零部件接觸，并對焊縫進行相觸面組的“接合”設(shè)置；第五步，加載重力和負載；第六步，設(shè)置“夾具”，對固定塊各面設(shè)置“固定”約束。前六步完成后的狀態(tài)如圖3所示；第七步，劃分網(wǎng)格。使用“標準網(wǎng)格”進行網(wǎng)格劃分，節(jié)點最大間距26.509mm，最小間距1.235mm，雅可比點為4點。劃分結(jié)果為：借總數(shù)22245，單元總數(shù)11034，最大高寬比例9.0407，小于3的高寬比例單元占93.6%。網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4所示；第八步，運行分析。分析后可以得到應(yīng)力圖解和應(yīng)變圖解。應(yīng)力圖解如圖5，應(yīng)變圖解如圖6。

圖3 梳齒結(jié)構(gòu)負載及夾具加載

圖4 網(wǎng)格劃分結(jié)果

圖5 應(yīng)力圖解

根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變圖解可知，梳齒結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力99.91MPa，最大變形6.89mm.根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)應(yīng)該在2以上，變形量在8mm以下。304不銹鋼的屈服強度為206MPa，安全系數(shù)為206/99.91=2.062，最大變形量6.89mm小于8mm，滿足設(shè)計要求。

2 結(jié)語

本文針對一種用于翻動土壤的梳齒結(jié)構(gòu)，提出了一種基于Solidworks Simulation的有限元分析方法。該方法可以用于梳齒結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析及優(yōu)化分析，使得梳齒結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理，減少了材料消耗，降低了設(shè)備成本。該方法將在梳齒結(jié)構(gòu)的分析優(yōu)化領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用。

圖6 應(yīng)變圖解