姚鵬華，劉朋，姚智華

（1.湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院，湖北襄陽，441053；2.純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北襄陽，441053；3.安徽省安徽科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽滁州233100）

除草機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)械與汽車工程學(xué)院，湖北襄陽，441053；2.純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北襄陽，441053；3.安徽省安徽科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽滁州233100）

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

除草機(jī)；三維建模；機(jī)架；模態(tài)分析

除草作業(yè)是農(nóng)作物中耕的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1]。機(jī)械除草具有無污染和環(huán)境友好型的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)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(jì)方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用[5]。本文采用SolidWorks軟件，對(duì)輪式除草機(jī)進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)架的振動(dòng)特性進(jìn)行了模態(tài)分析，以避免除草機(jī)作業(yè)時(shí)，發(fā)生共振而導(dǎo)致零件破壞。

1 除草機(jī)的總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的除草機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由機(jī)架、軸、除草輪和三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)組成。拖拉機(jī)通過懸掛機(jī)構(gòu)，牽引除草機(jī)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(jī)構(gòu)。

圖1 除草機(jī)的總體結(jié)構(gòu)

2 除草機(jī)的三維建模

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

圖2 除草機(jī)的三維模型與爆炸圖

3 除草機(jī)機(jī)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(jì)結(jié)構(gòu)或部件的振動(dòng)特性，通過模態(tài)分析方可以分析機(jī)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(dòng)，同時(shí)可以為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。本文通過BLOCK LANCZOS求解出除草機(jī)機(jī)架的前5階模態(tài)。

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

圖3 機(jī)架的網(wǎng)格劃分

在機(jī)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(jī)機(jī)架前5階振型

圖4 除草機(jī)機(jī)架前五階振型圖

4 結(jié)束語

本文在對(duì)除草機(jī)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用SolidWorks軟件進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)入到ANSYS軟件對(duì)除草機(jī)機(jī)架進(jìn)行了模態(tài)分析和振動(dòng)特性分析，從而為優(yōu)化除草機(jī)結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。

[1]耿端陽.新編農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.

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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(dòng)力學(xué)與機(jī)械CAD；劉朋（1987-），男，安徽臨泉人，助教，碩士，研究方向：機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)。