基于離散元法的立式旋耕刀工作參數分析與優化*

扈偉昊，楊發展，趙國棟，林云龍，黃珂

(青島理工大學機械與汽車工程學院，山東青島，266520)

0 引言

立式旋耕與傳統臥式旋耕相比具有更深的作業深度、更大的作業幅寬和更快的作業速度，其可有效的破碎土壤、混勻前茬、降低犁底層高度、提高土壤蓄水保墑能力，具有耕后地表平整且不打亂耕層結構、一次耕作即可滿足土壤播前要求、有利于搶農時等優點[1]，這些優點使得立式旋耕在國家提倡保護性作業的背景下應用越來越多。立式旋耕作業過程中，立式旋耕刀的工作參數如前進速度、刀具轉速、耕深對自身受力和作業效果有很大影響。

國內學者關于立式旋耕方面的研究多集中于立式旋耕機結構、刀具排列及耕后土壤性狀對作物的影響等方面，而對立式旋耕工作參數的研究較少。劉芳建等就立式旋耕機的整機架構和刀片結構參數進行了分析，得到了不產生抗土現象時刀具內折彎角的臨界值；張敏等[2]發現旋耕刀72°等分角安裝方式與常規90°等分安裝方式相比運動軌跡相似，但受到的沖擊載荷更小，整機受力更平穩，使用壽命更長；聶勝委等[3]研究了立式旋耕對土壤緊實度的影響，通過試驗發現，立式旋耕能降低小麥拔節期、灌漿期10 cm的土壤緊實度，同時立式旋耕處理的小麥連續兩年產量增幅都較大，氮肥的農學效率和偏生產力均有顯著提升。離散元法(discrete element method, DEM)是一種適用于不連續介質力學行為預測的方法，其最初應用于巖石邊坡的運動分析，經過數十年的發展已廣泛應用于各個領域[4-6]。……