仿旗鱼头部曲线型开沟器设计与性能试验.pdf

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1、第33卷第5期322叭7年3月农业工程学报TransactionsoftlleChineseSociet)rofAgriculturalEngineering、，ol_33No．5Mar．2017仿旗鱼头部曲线型开沟器设计与性能试验赵淑红，刘宏俊，谭贺文，曹秀振，张先民，杨悦乾※(东北农业大学工程学院，哈尔滨150030)摘要：为了减小播种开沟器的工作阻力，降低其对土壤的扰动，根据旗鱼头部的流线型曲线，建立了拟合曲线的数学模型，设计了仿旗鱼头部曲线型开沟器。为获得该开沟器工作时工作阻力及其对土壤扰动情况，进行离散元仿真和室内土槽

2、试验。在前进速度为O．5111／s时，分别以3种土壤含水率、3种开沟器开沟深度为因素进行仿真及室内试验。仿真结果：在含水率为12％士1％时，工作阻力、对土壤扰动宽度和回土深度随开沟深度的增加呈增加趋势；在开沟深度为60mm时，工作阻力随含水率的增加而增加，但对土壤扰动宽度、回土深度影响不明显。工作阻力仿真与试验结果对比，两者变化趋势大致相同，相对误差在5．04％～27．08％之间。土壤扰动情况仿真与试验结果对比：回土深度的仿真与试验结果接近，而土壤扰动宽度的仿真与试验结果差别较大，可能是土壤颗粒粒径较大引起的，但变化趋势基本一致

3、。由此说明了采用离散元法模拟开沟器的工作阻力及其对土壤扰动情况的可行性。该文可为开沟器的设计与优化提供参考。关键词：离散单元法；仿生；设计；曲线型开沟器；仿真；试验doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．05．005中图分类号：s225+2文献标志码：A文章编号：1002—6819(2017)一05—0032一08赵淑红，刘宏俊，谭贺文，曹秀振，张先民，杨悦乾．仿旗鱼头部曲线型开沟器设计与性能试验[J]．农业工程学报，2017，33(5)：32—39．doi：10．11975／j．issn．1002

4、—6819．2017．05．005http：／／www．tcsae．o玛zhaoShullong，LiuHon鲥u11，1’anHewen，caoXiuzhen，zhangxiamin，‰gY．ueqiall．Designandperfonllanceexperimentofopenerbasedonbionicsailfishheadcurve[J]TrallsactionsoftheChineseSociet)，ofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2017，33(

5、5)：32—39．(inchinesewithEnglishabs仃act)doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．05．005http：／／www．tcsae．o糟0引言开沟器是播种机上用于开沟的关键部件【l。2】。一个具有较好结构的播种开沟器，不仅能有效减少对土壤结构的破坏，避免造成较大的失墒，还能够减少其受到的工作阻力[¨】。中国的播种机上，开沟器多选用尖角式和圆盘式[5。]。尖角式开沟器较多用于中小型播种机上，但有时其对土壤扰动较大；而圆盘开沟器的土壤扰动性较小，但需要的机具质量较大，不适合

6、中小型播种卡几【8‘91。因此，优化设计开沟器的结构参数使之更加符合农艺要求，不仅能够降低开沟器的工作阻力，还能够提高其入土能力，减轻对土壤的扰动。目前对于播种开沟器的研究多集中于通过试验的方法来改进设计开沟器f10。”】；为研究开沟器的性能，首先必须探讨开沟器工作时土壤运动规律和施加于土壤的作用力。离散元法(discreteelementmethod，DEM)可用来模拟颗粒材料和研究材料间的微观宏观变形，允许颗粒材料间存在接触的形成和破坏，也适合仿真土壤和刚性体间的相互作用。学者基于DEM对土壤与耕作机具间的收稿日期：2叭6．

7、05．29修订日期：2016-12一05基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BADllB叭)：黑龙江省重大科技招标项目(GAl4B101)；东北农业大学博士启动基金(20lORcB45)作者简介：赵淑红，教授，博士生导师，主要从事田间农业机械及力学特性的研究。哈尔滨东北农业大学工程学院，150030。Email：shhzh091@sina．com※通信作者：杨悦乾，研究员级工程师，主要从事保护性农业装备研究。哈尔滨东北农业大学工程学院，150030。Email：yaIlgyueqian@126．com作用过程进行了

8、广泛研究[14。1引，这些研究都证实离散元仿真能够模拟耕作过程。在离散元中可以追踪颗粒的运动，进而对土壤颗粒在耕作过程中的受力和扰动情况进行分析。在对开沟器与土壤相互作用的研究中，于建群等【19】通过对芯铧式开沟器工作阻力的离散元仿真，但其建立的开沟器和土壤颗粒