农业机械学报

作者：张兆国，薛浩田，王一驰，解开婷，邓寓轩

单位：昆明理工大学,昆明理工大学,昆明理工大学,昆明理工大学,昆明理工大学,

关键词：三七根茎;仿生挖掘铲;离散元法;挖掘机理

基金：国家自然科学基金项目（51865023）、云南省重大科技专项（2016ZF001）和云南省高校工程研究中心建设计划项目

为减小三七收获过程中的挖掘阻力，以三七根茎及种植土壤为研究对象，测定本征物理参数，设置Bonding键参数建立三七根茎的离散元模型，分析根土粘结机理，利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型；建立并分析挖掘铲的理论力学模型，确定仿生挖掘铲设计尺寸（长×宽×厚）为：360mm×150mm×8mm、入土角30°、铲尖半角60°；采集野猪头三维模型的点云数据，确定仿生铲的结构曲线方程，建立仿生挖掘铲的三维模型；开展仿生挖掘铲与平面挖掘铲的仿真对比试验，追踪颗粒位移流向得平均位移以及平均挖掘阻力，分析颗粒的速度矢量明晰了挖掘铲面的减阻机理，得仿生挖掘铲的仿真试验减阻率为19.15%；利用高速摄影和阻力采集设备开展土槽试验，结果表明土壤颗粒流向与仿真趋势一致，仿生挖掘铲和平面挖掘铲的平均挖掘阻力为1207.23、1594.49N，仿生挖掘铲减阻率为24.29%，与仿真试验减阻率十分接近，验证了离散元模型准确可靠、挖掘铲力学模型构建准确，仿生结构设计合理。

来源：2022年第5期

《农业机械学报》期刊编辑部

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