农业机械学报

作者：曹成茂，刘忠滨，丁武阳，吴慢玉，张雪晨，秦宽

单位：安徽农业大学,安徽农业大学,安徽农业大学,安徽农业大学,安徽农业大学,安徽农业大学,

关键词：鲨鱼背鳍;宁前胡根茎;仿生挖掘铲;离散元

基金：国家自然科学基金项目（52105239）和安徽省农业竞争力提升科技行动项目（AHSJXY202034060014）

针对宁前胡采挖过程中挖掘阻力大的问题，以鲨鱼背鳍为研究对象，并结合农艺要求，设计了一款宁前胡仿生挖掘铲；根据摩尔-库仑理论中土体应力分析，当选用鲨鱼背鳍结构作为仿生铲的凸起结构时，土壤更易达到破裂状态；通过三维扫描仪扫描鲨鱼标本，获取鲨鱼背鳍三维模型，根据背鳍三维模型确定仿生铲的凸起结构，并通过NX12.0创建仿生挖掘铲三维模型；利用三维扫描仪获得宁前胡根茎外形轮廓特征，创建宁前胡根茎的离散元模型，并选用Hertz-Mindlin with JKR建立宁前胡根茎-土壤离散元复合模型；通过离散元仿真对比试验，得出X、Y、Z方向颗粒位移和挖掘阻力的平均值，分析挖掘铲的减阻机理，仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小14.37%；通过开展土槽试验，对比根茎挖掘效果，与仿真试验中得出的宁前胡根茎在仿生挖掘铲挖掘后，根茎在X、Y、Z方向上有更好的位移表现，仿生铲和平面铲的挖掘阻力平均值分别为1342.28、1622.73N，仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小17.28%，与仿真试验得出的减阻率十分接近，满足宁前胡采挖过程中的减阻要求。

来源：2023年第11期

《农业机械学报》期刊编辑部

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