基于离散元的仿鲨鱼鳍深松铲耕作行为仿真分析

为解决传统深松机具触土部件破土困难、耕作阻力大等问题,基于离散元法分析以鲨鱼背鳍设计的深松铲耕作行为,以期减小深松铲作业阻力和能耗。设计仿鲨鱼背鳍铲尖试样,并与无鳍深松铲试样进行性能对比。建立离散元模型,探究垂直贯入耕作方式下不同结构的土壤阻力;分析深松过程中土壤扰动、土壤运动以及带鳍深松铲的受力情况。结果表明,在带鳍深松铲的工作过程中,各层的扰动程度从大到小依次为耕作层、犁底层和心土层;仿真试验分析相同深松深度条件下,不同工作速度对带鳍深松铲的土壤颗粒混合情况、土层扰动效应以及耕地阻力的影响,得出3.60~4.33 km/h的最佳工作速度。结合田间试验可知,当深松深度相同时,带鳍深松铲的真实耕作阻力(1904 N)与离散元模拟值(1941 N)的偏差为1.9%。所提出的带鳍式深松铲机能够有效地破开犁底,为我国东北地区耕地科学研究提供借鉴。