以仿生钩形深松铲和圆弧形深松铲为研究对象,采用通用显式非线性动力分析的有限元程序ANSYS/LS-1DYNA分析了深松铲在切削土壤过程中,深松深度和前进速度对深松耕作阻力的影响,并分析了仿生钩形深松铲的减阻效果。为了验证有限元分析方法的可行性,对两种深松铲进行了室内土槽的耕作阻力验证试验。结果表明,通过有限元法模拟出的深松铲耕作阻力与室内土槽试验所测定的结果具有相同的变化趋势,利用有限元法可以分析深松铲的工作性能,并且仿生钩形深松铲的耕作阻力明显低于圆弧形深松铲。
深松铲的耕作阻力主要来自于铲柄破土刃口对坚硬土层的犁切作用，因此，降低铲柄破土刃口的切土阻力将会使深松铲耕作阻力显著下降。研究发现，小家鼠爪趾的纵剖面上表面轮廓线具有指数特征，其方程的具体形式为：Y=66.61e0.0117X+17.78e0.1835X。将爪趾轮廓拟合曲线应用于深松铲铲柄的破土刃口曲线结构设计之中，设计制备了指数函数曲线型仿生减阻深松铲。在室内土槽实验室与L型、倾斜型、抛物线型三种类型的深松铲进行了耕作阻力对比试验。耕作阻力对比分析结果表明，耕深和前进速度对深松铲的耕作阻力具有显著影响。
深松铲是安装在深松机等机具上对土壤进行不翻动的深松作业部件,该部件作业是以疏松耕层底部土壤为目的的旱田耕地作业。该种作业有利于蓄水保墒,促进植物生长。但现在所使用的深松铲都是往前探出的单个铲尖,当一次深松到底部耕层、打破犁底层时,深松作业深度应在30～40cm,作业时一次所切的土垡很厚,深松铲受到的阻力很大,向上挤压土层的力也很大,容易在地表形成大的土块,造成隆起、跑墒等问题。为此,笔者开展了分层深松铲的研究,如图1,在一个深松铲柄上设计出上、下层铲尖。
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