除草機的設(shè)計與有限元分析

姚鵬華，劉朋，姚智華

（1.湖北文理學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院，湖北襄陽，441053；2.純電動汽車動力系統(tǒng)設(shè)計與測試湖北省重點實驗室，湖北襄陽，441053；3.安徽省安徽科技學(xué)院機械工程學(xué)院，安徽滁州233100）

除草機的設(shè)計與有限元分析

姚鵬華1，2，劉朋1，2，姚智華3

（1.湖北文理學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院，湖北襄陽，441053；2.純電動汽車動力系統(tǒng)設(shè)計與測試湖北省重點實驗室，湖北襄陽，441053；3.安徽省安徽科技學(xué)院機械工程學(xué)院，安徽滁州233100）

設(shè)計了一種農(nóng)田中耕去除雜草的輪式除草機，利用SolidWorks軟件對除草機進行三維建模。為了分析機架的振動特性，將機架模型導(dǎo)入到ANSYS軟件中進行模態(tài)分析分析，得到了除草機機架的各階振型。研究結(jié)果為進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)提供了理論參考。

除草機；三維建模；機架；模態(tài)分析

除草作業(yè)是農(nóng)作物中耕的一個重要環(huán)節(jié)[1]。機械除草具有無污染和環(huán)境友好型的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)保護性耕作，有利于保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2-4]。目前三維數(shù)字化設(shè)計方法在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用[5]。本文采用SolidWorks軟件，對輪式除草機進行了三維設(shè)計，并對機架的振動特性進行了模態(tài)分析，以避免除草機作業(yè)時，發(fā)生共振而導(dǎo)致零件破壞。

1 除草機的總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的除草機總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由機架、軸、除草輪和三點懸掛機構(gòu)組成。拖拉機通過懸掛機構(gòu)，牽引除草機前行。除草輪共有前后兩排，除草輪上的輪刀用于去除田間雜草。為了適應(yīng)地面的不平度，還配備有地面仿形機構(gòu)。

圖1 除草機的總體結(jié)構(gòu)

2 除草機的三維建模

利用SolidWorks軟件對除草機進行三維建模。首先創(chuàng)建除草機的各個零件，之后對建模零件進行裝配。先創(chuàng)建裝配體，再插入各個零部件，利用配合命令，定義約束，最終完成了除草機的三維建模，并生成爆炸圖，如圖2所示。

圖2 除草機的三維模型與爆炸圖

3 除草機機架的模態(tài)分析

模態(tài)分析屬于有限元分析，它用于確定設(shè)計結(jié)構(gòu)或部件的振動特性，通過模態(tài)分析方可以分析機械結(jié)構(gòu)的各階主要模態(tài)的特性，從而有效地避免振動，同時可以為優(yōu)化設(shè)計提供參考。本文通過BLOCK LANCZOS求解出除草機機架的前5階模態(tài)。

在模態(tài)分析時，首先把除草機的機架三維模型轉(zhuǎn)化成IGES格式，然后導(dǎo)入到ANSYS軟件中進行模型檢查和網(wǎng)格劃分[5]，如圖3所示。

圖3 機架的網(wǎng)格劃分

在機架與支撐板焊接的面施加零位移約束，求解出前五階振型，其各階頻率如表1所示，各振型如圖4所示。

表1 除草機機架前5階振型

圖4 除草機機架前五階振型圖

4 結(jié)束語

本文在對除草機進行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用SolidWorks軟件進行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)入到ANSYS軟件對除草機機架進行了模態(tài)分析和振動特性分析，從而為優(yōu)化除草機結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。

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Three Dimensional Design of Weeder and Finite Element Analysis

YAO Peng－h(huán)ua1，2，LIU Peng1，2，YAO Zhi－h(huán)ua3
（1.School of Mechanical and Automotive Engineering，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang Hubei 441053，China；2.Hubei Key Laboratory of Power System Design and Test for Electrical Vehicle，Xiangyang Hubei 441053，China；3.School of Mechanical Engineering，Anhui Science and Technology University，Anhui Chuzhou 233100，China）

In this paper，a new kind of weeder was designed and its three dimensional model was established by Solidworks software.In order to analyze the vibrating properties，the frame model was transmitted into ANSYS software and the nodal analysis was carried out and the vibrating frequency were obtained.The result laid a foundation for further optimize of the structure.

weeder；three dimensional model；frame；nodal analysis

S224

A

1672-545X（2017）03-0027-02

2016-12-04

姚鵬華（1989－），男，山西忻州人，碩士，助教，研究方向：車輛動力學(xué)與機械CAD；劉朋（1987-），男，安徽臨泉人，助教，碩士，研究方向：機械與車輛工程；姚智華（1989－），男，山西忻州人，碩士，副教授，研究方向：機械設(shè)計。