农业机械学报

作者：秦宽，郎旭涛，沈周高，吴正敏，毕海军，曹成茂，孙燕，葛俊，方梁菲

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,安徽农业大学,安徽农业大学,安徽农业大学,

关键词：茶园;开沟松土机;仿生;曲柄连杆机构;Recurdyn;EDEM

基金：国家自然科学基金青年基金项目(52105239、52075003、52205509)、茶树生物学与资源利用国家重点实验室开放基金项目（SKLTOF20210121）和安徽省自然科学基金项目(2308085ME160）

丘陵山区茶园土壤板结、石砾较多，使用传统旋转或移动式开沟机会出现打石跳刀、刀具无法入土、开沟不深、作业阻力大的问题。为此，依据人工铲土具有自发性以最低功耗完成最优作业路径的特点，设计仿人工铲土动作的曲柄摇杆式开沟装置，并研制小型茶园往复式开沟松土机。通过分析人工使用铁锹铲土的动作，建立入土、切土、抛土的运动模型，基于Matlab软件分析得到人工铲土时铁锹锹尖运动轨迹的拟合方程，以此方程为基准，建立曲柄连杆机构的目标函数，结合约束条件解出曲柄摇杆机构结构参数，同时对开沟铲进行开沟阻力分析，确定开沟铲的结构参数。建立Recurdyn和EDEM耦合的开沟铲-土壤互作仿真模型，并进行三因素三水平正交试验，对作业和结构参数进行优化，得到最优参数组合：机器前进速度v为0.06m/s、曲柄转速n为42r/min、入土倾角φ为80°。田间试验结果表明，茶园往复式开沟松土机作业平均开沟深度为211.5mm，开沟功率为0.119kW，沟深稳定性系数为90.9%，相较于传统旋转式开沟机，开沟功率降低6.3%，沟深稳定性系数提高3.1个百分点，整机作业质量满足茶园农艺要求。

来源：2024年第3期

《农业机械学报》期刊编辑部

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