犁體耕作阻力模型仿真分析與試驗研究

劉進寶，鄭 炫，孟祥金，楊懷君，張魯云，李清超

(1.新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆 石河子 832000；2.石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000)

由于新疆農田耕作土壤與東北黑土地的差異性，以及種植作物及模式的不同，不能完全照搬東北地區保護性耕作模式，犁耕、深松、秸稈還田深翻等機械化耕作對新疆鹽堿化貧瘠土壤的改良具有促進作用，因此當前對新疆貧瘠土壤的犁耕機械化改良也顯得尤為重要。隨著土壤保護、改良技術的不斷推進，犁耕作業對土壤的擾動、深度交換、能量消耗等方面技術重新得到重視。犁體是當前土壤耕作的主要部件之一，可將土壤疏松并使上下耕層土壤進行交換，具有很好的土壤翻垡和覆蓋性能[1-7]。

犁體在耕作土壤時，產生的能量消耗是巨大的，據相關資料統計，耕地能耗占農機總能耗的50%左右[8-9]。犁耕阻力與犁體幾何特征、性能參數、工作參數、土壤特性等參數密切相關，為了提高犁體性能，降低耕作阻力，國內外學者在犁體耕作阻力和減阻降耗和耐磨延壽等方面做了大量研究[10-14]。

林金天等[15]研究表明，耕作土壤主要的破壞形式是剪切破壞，剪切強度由粘結力和內摩擦力決定。區穎剛等[16]對塑性土壤不同破碎方法進行了比較，表明犁體曲面對土壤的破壞形式主要是剪切失效。李汝莘等[17]通過分析土壤容重、含水量與耕作阻力的關系，利用回歸方程建立了耕作阻力與土壤容重及含水量的關系模型。朱新民等[18]通過經驗公式，建立了包括犁鏵切土阻力、彎曲剪切力、正壓摩擦力等因素的犁體阻力模型。Gill等[19]通過試驗研究表明，犁體耕作阻力隨著耕作速度平方值的增加而增加。Oskoui等[20]建立了包含土壤圓錐指數的耕作阻力方程，通過模型預測和試驗研究表明誤差控制在合理范圍。Qiong等[21]建立了犁耕阻力關于耕作速度的二次函數，其中包括了土壤含水率因素。Seig等[22]建立了包括犁體幾何參數和土壤特性的耕作阻力數學模型，Saunders等[23]和Godwin等[24]又將耕作速度加入了該預測模型。

從當前的研究來看，國內有關犁體理論的研究基本停留在20世紀80年代前后[25-28]，一些學者提出的方法沒有隨著技術的發展進一步研究。國外相關研究已建立了包括土壤特性、犁體曲面幾何參數和耕作速度的犁體耕作阻力模型，奠定了相關理論基礎。當前犁具朝著寬幅、高速的方向發展，以現有研究基礎考慮的因素還不夠全面，有待進一步完善相關理論研究。因此，本文根據包含犁鏟尖和犁鏵的組合式犁鏵結構構成的犁體，提出將犁體看做犁鏟尖、犁鏵、犁壁、犁側板4個部分，并基于摩爾-庫侖土壤剪切理論，建立犁體在耕作方向上的耕作阻力模型，立足西北干旱地區典型土壤，進行理論與試驗研究，為犁體減阻降耗提供理論依據。

1 犁體耕作阻力模型

1.1 鏟齒—土壤剪切理論

依據Godwin等[29-30]提出的摩爾-庫侖土壤剪切理論的鏟齒結構阻力模型(圖1)，鏟齒沿著速度v前進時，鏟齒前方三角形ABC區域土壤對鏟齒產生阻力(P)，可以分為水平方向的力(Fx)和垂直方向的力(Fy)。在土壤無其他外力施加的情況下：

圖1 鏟齒受力示意圖Fig.1 Force diagram of shovel teeth

Fx=(γd2Nγ+cdNca)[y+d(m-(m-1)/3)+

γv2Nadc(yc+0.6dc)]sin(α+δ)

(1)

Fy=(γd2Nγ+cdNca)[y+d(m-(m-1)/3)+

γv2Nadc(yc+0.6dc)]cos(α+δ)

(2)

式中,?為土壤容重(kg·m-3)；c為土壤內聚力(kN·m-2)；d為鏟齒入土深度(m)；y為鏟齒寬度(m)；m為土壤斷裂寬深比；v為前進速度(m·s-1)；α為鏟齒傾角(°)；δ為土壤與材料間的摩擦角(°)；N?、Nca、Na為土壤無量綱常數。

因此阻力(F)為：

F=(γd2Nγ+cdNca+γv2dNa)y

(3)

1.2 耕作阻力模型

Saunders等[23]利用上述方法建立并完善了犁體阻力模型，本文以該模型為依據，將犁體阻力看作由犁鏟尖、犁鏵、犁壁、犁側板4個部分所受力之和，包括犁鏟尖、犁鏵切削土壤產生的阻力，犁壁翻垡土壤產生的摩擦力和翻轉土壤產生的阻力，犁側板產生的摩擦力等，犁體受力情況如圖2所示。

1.犁鏟尖;2.犁鏵;3.犁壁;4.犁側板1.plough tip;2.plough share;3.plough mold board;4.plough side plate圖2 犁體耕作受力示意圖Fig.2 Diagram of ploughed soil resistance

犁體在水平面xoy坐標系中，沿著x軸反方向進行犁耕作業，假設犁體以速度v勻速前進，耕地過程中，土壤對犁體產生沿著運動方向上所受的合力是犁體所受的耕作阻力。建立基于摩爾-庫侖土壤剪切理論的耕作阻力模型，包含了土壤特性參數(土壤容重、土壤內聚力、土壤抗剪強度、土壤間的摩擦角、土壤與犁體材料間的摩擦角)，犁體幾何參數(犁鏟尖和犁鏵有效工作寬度、犁壁有效工作長度、犁側板長度)，犁體工作參數(耕深和耕寬)，和犁耕作業速度等參數。沿著運動方向犁體耕作阻力(Fz)：

Fz=Fc+Fhx+Fbx+Fe+Fhf+Fbf+Fsf

(4)

式中,Fc為犁鏟尖切削土壤阻力(kN),Fhx為犁鏵切削土壤阻力(kN),Fbx為土壤在犁壁上產生的摩擦力和翻垡過程土壤動量變化產生的阻力(kN),Fe為犁壁翻垡使土壤勢能增加產生的阻力(kN),Fhf為作用在犁鏵上的橫向力產生的摩擦力(kN),Fbf為作用在犁壁上的橫向力產生的摩擦力(kN),Fsf為土壤橫向運動對犁壁產生的阻力(kN)。

各分力表達式如下依次列出，具體過程見文獻[17]、[24]。

Fc={(γdc2Nγ+cdcNca)[yc+

0.55dc(m-(m-1)/3)]+

(γv2Nadc/g)(yc+0.33dc)}sin(αc+δ)

(5)

式中,dc為犁鏟尖入土深度(m)；yc為犁鏟尖寬度(m)；v為犁體耕作前進速度(m·s-1)；g為重力加速度(m·s-2)；αc為犁鏟尖傾角(°)。

Fhx=(γdh2Nγ+cdhNca+

γv2Nadh/g)yhsin(αh+δ)sinβ

(6)

式中,dh為犁鏵入土深度(m),yh為犁鏵寬度(m),αh為犁鏵傾角(°),β為鏵刃與運動方向的夾角(°)。

Fbx=(γ/g)(ycdc+yhdh)v2[1-(1-sinθtanδ)cosθ]

(7)

式中,θ為犁壁與運動方向的平均夾角(°)。

Fe=2γ(ycdc+yhdh)dh

(8)

Fhf=Fhytanδ=(γdh2Nγ+cdhNca+γv2Nadh/g)×

yhsin(αh+δ)cosβtanδ

(9)

Fbf=Fbytanδ=(γ/g)(ycdc+yhdh)v2sinθ×

(1-sinθtanδ)tanδ

(10)

Fsf=lγ(ycdc+yhdh)tanφstanδ

(11)

式中,l為犁壁工作長度(m)，φs為土壤間的摩擦角(°)。

以上的犁體耕作阻力模型，主要由犁體切削土壤產生的切削力、犁壁翻垡土壤產生的阻力，以及由側向力產生的摩擦力組成，建立了包含犁體幾何參數、工作參數、作業速度以及土壤物理特性的數學模型，根據公式(4)～(11)，在特定系數條件下可以預測犁體耕作阻力(Fz)。

1.3 土壤特性系數的確定

(1)土壤斷裂寬深比(m)。土壤斷裂寬深比即鏟齒前段土壤以一定的形狀被破壞，斷裂區橫向與縱向尺寸比值，表達式：

(12)

式中,f為土壤水平方向斷裂距離(m)，d為縱向斷裂距離。

此參數決定了土壤在耕作中被破壞的幾何形狀，如圖1所示，根據Godwin等[32]的研究，得出土壤斷裂寬深比(m)與鏟齒傾角(α)呈非線性關系，并繪制了關系曲線，根據曲線列舉了表1中對應值，供后續計算使用。

(2)土壤無量綱常數N?、Nca、Na。N?為土壤重力系數，Nca為土壤粘結系數，Na為土壤慣性系數，這些系數也是由土壤在耕作中被破壞的幾何形狀決定的，根據Hettiaratchi等[33]的研究結果，分別選取對應的系數值，見表1所示。

表1 土壤特性系數Table 1 Coefficient of soil properties

2 犁體耕作仿真分析

2.1 仿真模型的建立

利用EDEM離散元仿真軟件進行犁體耕作阻力仿真分析，首先確定犁體材料和土壤特性參數，其次建立犁體曲面三維模型，設定工作狀態，然后在顆粒工廠生成顆粒，最后運行計算，生成仿真結果數據。根據試驗田實際土壤條件，將耕層土壤分為耕作層、犁底層和心土層，耕作層深度在0～150 mm之間，犁底層深度在150～250 mm之間，心土層深度在250～400 mm之間。采用Hertz-Mindlin和JKR粘結接觸模型，可以更加真實地模擬土壤顆粒結構情況。土壤物理特性參數根據前期研究給定[34]，具體參數見表2所示。

表2 土壤物理特性參數Table 2 Soil physical properties parameters

試驗犁體選用適合西北干旱地區耕作土壤的犁體，根據前期研究篩選出性能較好的兩種犁體A和犁體B，利用逆向工程三坐標測量儀測出犁體樣板曲線，并利用Solidworks軟件繪制三維模型。犁體三維結構如圖3所示，仿真時為提高運算速度簡化模型，將犁鏟尖、犁鏵、犁壁和犁側板看做一個整體，仿真模型如圖4所示。

圖3 犁體三維結構Fig.3 Three dimensional structure of plough body

圖4 犁體仿真模型Fig.4 Plough body simulation model

兩種犁體結構參數見表3所示。

表3 犁體結構及工作狀態參數Table 3 Plough structure and working state parameters

犁鏟尖實際工作寬度(yc)：

yc=yc0sinβ

(13)

犁鏵實際工作寬度(yh)：

yh=yh0sinβ

(14)

兩種試驗犁體采用的是相同的材料，材料采用65Mn，泊松比為0.3，剪切模量為7.9×1010Pa，密度為7 865 kg·m-3。

2.2 試驗方案設計

根據犁體結構及實際工作狀態，耕寬分別設置為0.35 m和0.42 m，耕深分別設置為0.255 m和0.305 m，耕作速度分別設為2.22、2.5 m·s-1和2.78 m·s-1，共12組試驗(表4)，在相應狀態下分別進行仿真分析。

表4 試驗方案Table 4 Parameter design of test scheme

2.3 仿真結果

通過運行仿真模型，土壤顆粒在犁體的作用下發生運動，如圖5所示，從第3秒開始犁體入土，耕作阻力也會相應地產生變化，可以看出，隨著犁體開始進入土壤并繼續運動過程中，犁體所受的阻力在逐漸增加，當犁體完全進入土壤后，耕作阻力逐漸穩定。

圖5 土壤顆粒運動狀態Fig.5 Movement state of soil particles

根據仿真數據結果，進行單因素試驗數據分析，分別得出犁體耕作阻力與耕深、耕寬、耕速的變化曲線，并與理論計算值和試驗值進行比較，仿真數據見表5。同時可以看出犁體對土壤顆粒的擾動情況和流動速度。

3 田間試驗

3.1 試驗條件與方法

2019年9月，在新疆石河子市五工村玉米地進行了單鏵犁體耕作阻力試驗，仿真分析中的土壤在此地采集取樣，測定了土壤特性參數，土壤類型為砂壤土，粘性較小，0.5 m土層深度內的土壤含水率在17.3%～40.1%，其中0～0.35 m耕層土壤平均含水率為20.6%，耕層在0.35 m內的土壤堅實度小于0.37 MPa，土壤容重1 435 kg·m-3，平均內聚力18.9 kN·m-2。試驗區土地平整，殘留玉米分布均勻。配套動力為雷沃歐豹904輪式拖拉機，阻力測量采用黑龍江省農業機械工程科學研究院研制的犁具專用遙測儀采集器，如圖6所示。

遙測儀采集器通過懸掛式連接方式將犁具與拖拉機連接，共有上拉桿傳感器、左下懸掛傳感器和右下懸掛傳感器3組數據采集傳感器，由上拉桿傳感器與左、右兩個下懸掛銷傳感器測得的3處牽引力的矢量之和即為犁體水平面的耕作阻力。

試驗方案與仿真分析方案一致，根據試驗區域耕作農藝要求，以耕寬(0.35、0.42 m)、耕深(0.255、0.305 m)、耕作速度(2.22、2.5、2.78 m·s-1)為試驗因素，以犁體耕作阻力為試驗指標，采用單因素的試驗方法，研究各因素對犁體耕作阻力的影響。

3.2 結果與分析

3.2.1 耕作阻力計算誤差分析 根據試驗方案，每組試驗測量3組數據，取其平均值，將仿真分析得出的阻力值、試驗測試的阻力值與理論計算值進行比較，分析仿真值與計算值、試驗值與計算值之間的誤差，數值見表5。

表5 犁體耕作阻力值Table 5 Ploughed soil resistance value

Ef=|Fzf-Fz|/Fz

(15)

Es=|Fzs-Fz|/Fz

(16)

Efs=|Fzs-Fzf|/Fzf

(17)

1.數據采集器;2.上懸掛傳感器;3.下懸掛傳感器1.data collector;2.upper suspension sensor;3.lower suspension sensor圖6 田間試驗Fig.6 Field experiment

式中,Ef為犁體耕作阻力仿真值與計算值的誤差(%)；Es為犁體耕作阻力試驗值與計算值的誤差(%)；Efs為犁體耕作阻力試驗值與仿真值的誤差(%)；Fz為犁體耕作阻力計算值(kN)；Fzf為犁體耕作阻力仿真值(kN)；Fzs為犁體耕作阻力試驗值(kN)。

根據犁體A與犁體B的耕作阻力計算分析，其中，犁體A仿真值與計算值的平均誤差(Ef)為3.37%，最大誤差為5.1%，試驗值與計算值的平均誤差(Es)為7.18%，最大誤差為10.8%，試驗值與仿真值的平均誤差(Efs)為3.71%，最大誤差為9.4%。犁體B仿真值與計算值的平均誤差(Ef)為4.23%，最大誤差為5.6%，試驗值與計算值的平均誤差(Es)為7.92%，最大誤差為13.8%，試驗值與仿真值的平均誤差(Efs)為3.55%，最大誤差為9.9%。由此可以看出，理論計算值與試驗值的誤差要大于與仿真值的誤差。

總體來看，在相同試驗條件下，犁體耕作阻力分析的數值從大到小依次是試驗測量值、仿真分析值和理論計算值，平均誤差均在合理范圍，如圖7所示。其中圖7a、7b分別是犁體A計算值與試驗值相關性和計算值與試驗值相關性分析，圖7c、7d分別是犁體B計算值與試驗值相關性和計算值與試驗值相關性分析，理論計算和仿真分析預測與試驗測量值比較吻合，相對誤差較小，預測值與試驗值相關性較好。

圖7 犁體耕作阻力計算值、仿真值與試驗值的相關性Fig.7 Correlation between calculated,simulation and test value of ploughed soil resistance

3.2.2 犁體結構參數與耕作阻力的關系 根據建立的犁體耕作阻力模型，與犁體結構相關的參數有犁鏟尖寬度(yc)、犁鏵寬度(yh)、犁鏟尖傾角(αc)、犁鏵傾角(αh)、犁壁工作長度(l)、犁壁與運動方向的平均夾角(θ)、犁體材料與土壤間的摩擦角(δ)等。其中犁鏟尖寬度和犁鏵寬度與耕作阻力7個分力均相關，當在其他參數確定的前提下，耕作阻力與犁鏟尖寬度和犁鏵寬度呈線性增長的關系。犁鏟尖傾角(αc)主要影響犁鏟尖切削土壤阻力大小，并且與犁鏟尖傾角(αc)的正弦值呈線性增長的關系。犁鏵傾角(αh)主要決定分力犁鏵切削土壤阻力和作用在犁鏵的橫向力產生的摩擦力，犁鏵傾角正弦值與兩個分力均呈線性增長的關系。犁壁與運動方向的平均夾角(θ)決定土壤在犁壁上產生的摩擦力和翻垡過程土壤動量變化產生的阻力和作用在犁壁上的橫向力產生的摩擦力。犁壁工作長度(l)主要決定土壤橫向運動對犁壁產生的阻力。犁體材料與土壤間的摩擦角(δ)影響著每一個分力的大小，而且也決定了土壤相對犁體的運動形式和過程。

按照以上犁體結構參數與阻力之間的關系，在以水平直原線、傾斜直原線、曲原線等設計方法設計犁體時，選取設計參數時，可以充分考慮該參數對耕作阻力的影響，從而設計出既能達到耕作要求又能降低耕作阻力的目的。

3.2.3 耕寬與耕作阻力的關系 在犁體結構確定的情況下，分析耕作阻力模型，得出耕寬與耕作阻力的變化關系，以犁體B在耕速2.5 m·s-1、耕深0.255 m時工作情況為例，阻力變化情況如圖8a所示，犁體耕作阻力隨著耕寬的增大呈非線性增長關系。

分析耕作阻力模型發現，在犁體結構參數確定的情況下，耕寬主要由改變鏵刃與運動方向的夾角(β)來進行調節，因此，進一步分析鏵刃與運動方向的夾角(β)與耕作阻力的變化情況，如圖8b所示，關系表達式:

圖8 犁體B阻力隨耕寬及夾角的變化Fig.8 Resistance of plough body B varies with tillage width and included angle

Fz=k1sin2β+k2sinβ+k3sinβsin(90°-β)+k4

(18)

調幅犁在犁耕作業過程中，根據實際工況和作業需要，可以進行整機耕寬的調節，單鏵犁的耕寬調整就體現在鏵刃與運動方向的夾角(β)的改變，夾角(β)不易過大也不易過小，一般在35°～45°左右[1]，夾角(β)過小時耕寬太窄，造成后一鏵犁體對前一鏵犁體耕后土壤的重復耕作，浪費動力的消耗。夾角(β)過大時造成犁體大面積對土壤產生切削推土作用，根據阻力模型分力看出，此時阻力增長較大，動力消耗較大。

3.2.4 耕深與耕作阻力的關系 根據犁體耕作阻力模型推導結果，阻力與耕深呈三次函數關系。

Fz=b1d3+b2d2+b3d+b4

(19)

式中，系數b1、b2、b3、b4的值取決于土壤性質和犁的幾何參數。根據本文試驗研究的兩種犁體A(耕寬0.35 m)和犁體B(耕寬0.42 m)，以及試驗田土壤參數，分析預測在不同速度下不同耕深對應的耕作阻力值以及關系曲線(圖9、10)。根據耕作阻力模型推導出犁體A和犁體B在不同耕作速度(2、2.5、3、3.5、4 m·s-1)下，耕作深度從0.15 m增加至0.35 m時犁體耕作阻力的增長變化情況。

圖9 犁體A阻力隨耕深變化關系Fig.9 Relationship between plough A resistance and depth

圖10 犁體B阻力隨耕深變化關系Fig.10 Relationship between plough B resistance and depth

3.2.5 耕速與耕作阻力的關系 根據犁體耕作阻力模型推導結果，阻力與耕速呈二次函數關系。

Fz=q1v2+q2v+q3

(20)

式中，系數q1、q2、q3的值取決于土壤性質和犁的幾何參數。根據兩種犁體A(耕寬0.35 m)和犁體B(耕寬0.42 m)，以及試驗田土壤參數，分析預測在不同耕深作業條件下不同耕速對應的耕作阻力值以及關系曲線(圖11、12)。根據耕作阻力模型推導出犁體A和犁體B在不同耕作深度(0.15、0.2、0.25、0.3、0.35 m)下，耕作速度從2 m·s-1增加至4 m·s-1時犁體耕作阻力的增長變化情況。

圖11 犁體A阻力隨耕速變化關系Fig.11 Relationship between plough A resistance and speed

圖12 犁體B阻力隨耕速變化關系Fig.12 Relationship between plough B resistance and speed

3.2.6 功率消耗與配套動力 在已知犁體結構、土壤特性和耕寬、耕深和耕速的前提下，根據上述分析可以確定犁體耕作阻力，此時，單鏵犁體消耗功率(Pz)為:

Pz=Fzv

(21)

根據公式(20)，單鏵犁體功率消耗與耕作速度呈三次函數關系:

Pz=q1v3+q2v2+q3v

(22)

根據兩種犁體A(耕寬0.35 m)和犁體B(耕寬0.42 m)，分析在不同耕作深度(0.15、0.2、0.25、0.3、0.35 m)下，耕作速度從2 m·s-1增加至4 m·s-1時犁體功率消耗的增長變化情況，如圖13和圖14所示。

圖13 犁體A功率消耗隨耕速變化關系Fig.13 Relationship between plough A power consumption and speed

按照當前西北玉米地犁耕作業要求，耕深一般在0.3 m左右，此時功率消耗主要與耕作速度變化有關，在高速犁耕作業情況下，速度為3.5 m·s-1時，犁體A功率消耗28.6 kW，犁體B功率消耗34.8 kW。

當犁具配置N鏵犁體時，犁具需要最小配套動力(P)：

P=N(q1v3+q2v2+q3v)

(23)

兩臺分別配置犁體A和犁體B的5鏵犁，按照上述作業條件，至少需要143 kW和174 kW配套動力。

同時，可以根據上述分析，依據犁體結構、土壤參數和犁耕作業等參數，設置合理的安全系數(sf)，優化選配合適的匹配動力，促進犁具與拖拉機功率(Ps)的優化匹配，避免造成能耗的浪費，優化農機動力資源合理利用。

Ps=sfP

(24)

關于此處的安全系數(sf)的選取還有待于進一步試驗研究。

3.2.7 犁體耕作性能分析 測量了兩種犁體在玉米地的作業性能指標，如表6所示，兩種犁體的作業性能基本一致。根據試驗可以看出，隨著作業速度的增加，耕作阻力在不斷增加，相應的土垡破碎率和植被覆蓋率都有所提升，而耕深和耕寬穩定性有一定的下降，但都在合理范圍之類。

表6 犁體耕作性能Table 6 Plough performance

4 結 論

1)建立了基于摩爾-庫侖土壤剪切理論的犁體耕作阻力模型，模型包含了犁體結構參數、土壤物理特性和犁體工作參數等，基于新疆玉米地土壤物理特性，并根據前期試驗篩選出在該類型土壤中耕地作業適應性較好的兩種高速犁體A和B，建立了耕作阻力方程，預測計算了在不同耕寬、耕深和耕速作業條件下對應的耕作阻力。在不同的耕深、耕寬和耕速條件下進行仿真分析，得出對應的仿真值。根據犁體A與犁體B的耕作阻力計算與仿真分析對比，其中，犁體A仿真值與計算值的平均誤差為3.37%，最大誤差為5.1%，犁體B仿真值與計算值的平均誤差為4.23%，最大誤差為5.6%。

2)對犁體A和B進行了田間耕作阻力試驗，試驗測試了在不同耕寬、耕深和耕速條件下的耕作阻力，并與仿真分析、理論計算結果進行比較，犁體A試驗值與計算值的平均誤差為7.18%，最大誤差為10.8%，試驗值與仿真值的平均誤差為3.71%，最大誤差為9.4%。犁體B試驗值與計算值的平均誤差為7.92%，最大誤差為13.8%，試驗值與仿真值的平均誤差為3.55%，最大誤差為9.9%。由此可以看出，理論計算、仿真分析均接近試驗值，誤差在合理范圍，從而驗證了理論模型和離散元仿真模型預測分析犁體耕作阻力是可行的。

3)總結分析了犁體結構參數對耕作阻力的關系，為設計低阻犁體提供了參考。分析了犁體耕作阻力與耕寬、耕深、耕速的關系，犁體耕作阻力隨著耕寬的增大呈非線性增長關系，而耕寬的變化主要取決于鏵刃與運動方向夾角的大小。犁體耕作阻力與耕深呈三次函數增長關系，與耕速的呈二次函數關系。預測了犁體A和犁體B在耕作深度0.15、0.2、0.25、0.3、0.35 m下，耕作速度在2、2.5、3、3.5、4 m·s-1時犁體耕作過程的阻力值，繪制了對應的預測曲線圖，給出了對應的方程，為犁體結構降阻設計提供了方向。

4)根據犁體耕作阻力模型，分析了犁體耕作過程的功率消耗，犁體耕作過程的功率消耗與耕速呈三次函數的增長關系，理論分析了在不同耕寬、耕深和耕速條件下的功率消耗值，繪制了功率變化曲線圖，并推導出對應的方程。進而分析了配置有多鏵犁體的情況下，所對應需要合理配置的配套動力，設置合理的安全系數，優化選配合適的匹配動力，促進犁具與拖拉機型號的優化匹配。