摘要：翻土铲是小型松土机的重要构件，其对强度、硬度、耐磨性要求较高。同时，在工作过程中翻土铲在敲打地面时会产生强烈的振动，如何减小振动对整个机构的影响使机构能够稳定运转也至关重要，各个翻土铲的排列顺序以及相互之间错开的角度，会对机器的运行造成较为明显的影响。

关键词：ANSYS Workbench;翻土铲;网格划分;约束载荷

此种小型松土机工作原理，是从人们用铁铲挖土的方法灵感而来，模拟人们在土地翻土时手工铲击动作，以等价转换的方式用翻土铲来实现对土地的翻松[1]。由动量定理可知：F×△t=m×△v。当翻土铲的质量固定，给以相对较高的速度，设定很低的时间，这样得出作用在土地上时力的大小，当力大小适宜时，便可把土面翻动。

1.有限元分析特点

相比于传统的人工校核分析法，通过计算机软件进行的有限元分析法则具有智能化、精度高、耗时短等特点，同时也为工程案例的分析提供了更精确的保障[5]。因此，本文将采用ANSYS Workbench软件对小型松土机的翻土铲进行有限元分析，通过求解所得的零部件总体变形图，分析校核翻土铲在工作过程中是否会发生失效。

2.模型建立和网格划分

ANSYS分析任务的开展，需要预先存在一个小型松土机的翻土铲实体模型。正因为建模的工作是完成整个案例分析的首要工序，故占据着非常重要的地位。建立翻土铲实体模型的时候，可以通过其他三维软件完成建模工作，再将其保存为ANSYS可识别的文件模式，便可于Geometry模块中顺利加载出外部模型。

网格划分工具平台实际就是为ANSYS软件的不同物理场和求解器提供相应的网格文件，该步骤在将实体模型转变为有限元模型的过程中起到至关重要的作用。选择划分网格方法的合适与否将直接影响网格划分的质量，进而对后期分析求解的精度和速度也会造成极大的影响。针对本文所研究的小型松土机，进行单独划分翻土铲的网格时，将在Mechanical模块中进行网格划分的操作。而在Mechanical的树形分支下，Mesh步骤中已有自动化分网格选项，但其划分的网格均匀度较差，且网格数量较少，故需要进一步地在Mesh分支的明细栏里进行细化设置，将Relevance处改为100，Relevance Center改为Fine，Transition改为Slow，之后重新Generate Mesh獲得网格密度较高的划分模型。

3. 施加约束载荷分析

创建完几何体的网格划分后，考虑工程运行中所受到的负载及约束情况，对翻土铲进行静力学分析。施加约束是为了对小型松土机的翻土铲在空间中可能发生的位移进行限制，针对Mechanical模块常见的固定约束、无摩擦约束、圆柱面约束、固定旋转约束，设计翻土铲有限元模型施加约束及载荷的结果如图1所示。

4.求解处理分析结果

由于翻土铲是与地面直接接触的工作部件，它运行强度高、次数多，因此该处也为关键的易失效部位。经受力分析，翻土铲主要受到与地面接触的打击力，连接部位极易发生损伤。对翻土铲的实体模型进行有限元网格划分，对其施加约束和载荷后，进入分析求解阶段。查看翻土铲的总体变形图，如图2所示，由求解结果可知，其最大变形量、最大应力与应变值都发生在前端位置。为防止翻土铲磨损严重，本文在设计中选择翻土铲材料为HT200，由图示变化程度可以看出，翻土铲的变化量均未达到失效的程度，因此在打击力F=1300N的作用下，翻土铲的设计是符合安全要求的。

参考文献：

[1]张锶戬，刘蓟南，张千宇. 一种小型耕作松土机械的设计与分析[J].南方农机，2019，50（04）

[2]梁新忠，朱松，何彦平.双轴分层切土旋耕机旋耕部件的设计[J].农业装备技术. 2020（02）

[3]李冬梅.论设施农业装备发展中存在的问题及对策[J].农机使用与维修. 2014（10）

[4]马计龙.农业用深耕松土机开发试验[J].南方农机. 2018（24）

[5]王世海.基于ANSYS workbench的构架结构优化分析[J]. 科技视界. 2021（15）

作者简介：张建平（1985-3-1）男、汉族 辽宁海城市人 沈阳农业大学硕士、实验师、研究方向：农业装备工程