基于SolidWorks的旋耕刀设计与有限元分析

    旋耕机是目前农村使用最多的耕整地机械，具有犁耙合一的作业效果，旋耕一次即可达到土碎地平，既能有效地切断植被并将其混合于耕作层中，也能使化肥、农药等在土中均匀混合，在我国大部分地区均有广泛使用，具有良好的应用前景。

    旋耕刀是旋耕机的重要工作部件之一，也是旋耕机中承受载荷最大的工作部件，刀片的形状与参数直接影响旋耕机的功耗和作业效果。传统的旋耕刀片设计方法往往是通过加大安全系数来满足强度要求，通过实际使用发现，按传统方法设计出的刀片强度过于保守，结构和尺寸难以实现优化，尤其对于微型耕作机械使用的旋耕刀来说，传统方法设计出的旋耕刀片尺寸重量明显偏大。因此对旋耕刀片受力进行有限元精确分析，具有十分重要的意义。本文运用工程设计软件对旋耕刀片进行三维实体建模，并进行静力学分析，为设计研究新型旋耕刀片提供一种有效方法。

1 旋耕刀的结构和运动方程

    1.1 旋耕刀的结构

    目前旋耕机上使用的旋耕刀，按结构型式区分，主要有凿形刀、直角刀和弯刀三种，不同的刀具适用于不同的农田作业环境。由于弯刀在我国有比较广泛的应用，因此本文以讨论弯刀为主。

    弯刀刃口结构如图1所示，由侧切刃和正切刃两部分组成。工作时先由侧切刃沿纵向切开土壤，通常是先由离回转轴心较近的刃口开始切土，然后由近及远，逐渐转向离回转轴心较远的部分，最后由正切刃从横向切开土垡。这种切土方法可把草茎压向未耕地，南较坚硬的未耕地支承切割，使草茎较易切断。即使不能切断，也可以利用刃口曲线的形状，使草茎滑向刀片端部而脱开，不致缠绕到弯刀上。因此这种刀适合于在多草茎的田地里工作，是一种水、旱通用的旋耕刀。

图1 旋耕刀的基本结构

1.2 旋耕刀运动方程

    旋耕机工作时，旋耕刀一面绕刀轴旋转，一面随旋耕机前进，因此旋耕刀的绝对运动是旋耕刀的旋转运动和旋耕机前进运动的合成，其运动轨迹是摆线。以刀轴旋转中心为原点建立坐标系，如图2所示，x轴正向和旋耕机前进方向一致，y轴正向垂直向下。设旋耕机前进速度为v_m，刀轴旋转角速度为ω，开始时刀片端点位于前方水平位置与x轴正向重合，则旋耕刀端点运动方程为：

图2 旋耕刀的运动