摘要：翻土鏟是小型松土機(jī)的重要構(gòu)件，其對(duì)強(qiáng)度、硬度、耐磨性要求較高。同時(shí)，在工作過程中翻土鏟在敲打地面時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，如何減小振動(dòng)對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)的影響使機(jī)構(gòu)能夠穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)也至關(guān)重要，各個(gè)翻土鏟的排列順序以及相互之間錯(cuò)開的角度，會(huì)對(duì)機(jī)器的運(yùn)行造成較為明顯的影響。

關(guān)鍵詞：ANSYS Workbench;翻土鏟;網(wǎng)格劃分;約束載荷

此種小型松土機(jī)工作原理，是從人們用鐵鏟挖土的方法靈感而來，模擬人們在土地翻土?xí)r手工鏟擊動(dòng)作，以等價(jià)轉(zhuǎn)換的方式用翻土鏟來實(shí)現(xiàn)對(duì)土地的翻松[1]。由動(dòng)量定理可知：F×△t=m×△v。當(dāng)翻土鏟的質(zhì)量固定，給以相對(duì)較高的速度，設(shè)定很低的時(shí)間，這樣得出作用在土地上時(shí)力的大小，當(dāng)力大小適宜時(shí)，便可把土面翻動(dòng)。

1.有限元分析特點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的人工校核分析法，通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行的有限元分析法則具有智能化、精度高、耗時(shí)短等特點(diǎn)，同時(shí)也為工程案例的分析提供了更精確的保障[5]。因此，本文將采用ANSYS Workbench軟件對(duì)小型松土機(jī)的翻土鏟進(jìn)行有限元分析，通過求解所得的零部件總體變形圖，分析校核翻土鏟在工作過程中是否會(huì)發(fā)生失效。

2.模型建立和網(wǎng)格劃分

ANSYS分析任務(wù)的開展，需要預(yù)先存在一個(gè)小型松土機(jī)的翻土鏟實(shí)體模型。正因?yàn)榻５墓ぷ魇峭瓿烧麄€(gè)案例分析的首要工序，故占據(jù)著非常重要的地位。建立翻土鏟實(shí)體模型的時(shí)候，可以通過其他三維軟件完成建模工作，再將其保存為ANSYS可識(shí)別的文件模式，便可于Geometry模塊中順利加載出外部模型。

網(wǎng)格劃分工具平臺(tái)實(shí)際就是為ANSYS軟件的不同物理場和求解器提供相應(yīng)的網(wǎng)格文件，該步驟在將實(shí)體模型轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢拊Ｐ偷倪^程中起到至關(guān)重要的作用。選擇劃分網(wǎng)格方法的合適與否將直接影響網(wǎng)格劃分的質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)后期分析求解的精度和速度也會(huì)造成極大的影響。針對(duì)本文所研究的小型松土機(jī)，進(jìn)行單獨(dú)劃分翻土鏟的網(wǎng)格時(shí)，將在Mechanical模塊中進(jìn)行網(wǎng)格劃分的操作。而在Mechanical的樹形分支下，Mesh步驟中已有自動(dòng)化分網(wǎng)格選項(xiàng)，但其劃分的網(wǎng)格均勻度較差，且網(wǎng)格數(shù)量較少，故需要進(jìn)一步地在Mesh分支的明細(xì)欄里進(jìn)行細(xì)化設(shè)置，將Relevance處改為100，Relevance Center改為Fine，Transition改為Slow，之后重新Generate Mesh獲得網(wǎng)格密度較高的劃分模型。

3. 施加約束載荷分析

創(chuàng)建完幾何體的網(wǎng)格劃分后，考慮工程運(yùn)行中所受到的負(fù)載及約束情況，對(duì)翻土鏟進(jìn)行靜力學(xué)分析。施加約束是為了對(duì)小型松土機(jī)的翻土鏟在空間中可能發(fā)生的位移進(jìn)行限制，針對(duì)Mechanical模塊常見的固定約束、無摩擦約束、圓柱面約束、固定旋轉(zhuǎn)約束，設(shè)計(jì)翻土鏟有限元模型施加約束及載荷的結(jié)果如圖1所示。

4.求解處理分析結(jié)果

由于翻土鏟是與地面直接接觸的工作部件，它運(yùn)行強(qiáng)度高、次數(shù)多，因此該處也為關(guān)鍵的易失效部位。經(jīng)受力分析，翻土鏟主要受到與地面接觸的打擊力，連接部位極易發(fā)生損傷。對(duì)翻土鏟的實(shí)體模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，對(duì)其施加約束和載荷后，進(jìn)入分析求解階段。查看翻土鏟的總體變形圖，如圖2所示，由求解結(jié)果可知，其最大變形量、最大應(yīng)力與應(yīng)變值都發(fā)生在前端位置。為防止翻土鏟磨損嚴(yán)重，本文在設(shè)計(jì)中選擇翻土鏟材料為HT200，由圖示變化程度可以看出，翻土鏟的變化量均未達(dá)到失效的程度，因此在打擊力F=1300N的作用下，翻土鏟的設(shè)計(jì)是符合安全要求的。

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作者簡介：張建平（1985-3-1）男、漢族 遼寧海城市人 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士、實(shí)驗(yàn)師、研究方向：農(nóng)業(yè)裝備工程