甘薯起壟整形機犁鏵式開溝起壟裝置設計與試驗

史宇亮 陳新予 陳明東 王東偉 尚書旗

(1.青島農業大學園藝學院， 青島 266109； 2.現代農裝科技股份有限公司， 北京 100083；3.青島農業大學機電工程學院， 青島 266109)

0 引言

甘薯是我國重要的糧食作物，其種植面積約為3.36×106hm2，居世界第1位。鑒于壟作有利于作物根系生長、保墑和灌溉等優勢，我國甘薯種植模式以高壟種植為主。因此，起壟整形作業是甘薯機械化生產的重要環節[1-2]。

目前，王伯凱等[3]設計了一種甘薯雙壟起壟覆膜機，犁體主要起開溝作用，回土量大。包攀峰等[4]設計了一種犁旋組合式油菜開溝起壟機，采用犁體式成溝部件進行開溝起壟作業，相較于傳統起壟犁體，土壤回落問題有明顯改善。鑒于犁鏵曲面具有一定的導翻土特性，被廣泛的應用于玉米和馬鈴薯等作物的中耕培土作業，并取得了較好的培土效果[5-6]。陳超鵬[7]設計了一種鏵式壟溝開溝器，有效降低了土壤擾動及牽引阻力。劉曉鵬等[8]設計了船型開溝器和開溝質量試驗，溝寬和溝深穩定性系數均達90%以上。KUMAR SAHU等[9]對不同開溝器開溝性能和燃油進行了對比。為了提高作業效率，多功能復式作業的耕整地機械也逐漸開發，但整機結構復雜、能耗高[10-12]。隨著計算機技術的不斷發展，FIAZ等[13]對水稻土圓盤開溝器進行了離散元模擬。趙淑紅等[14-15]采用離散元法優化了玉米開溝器和深松鏟結構參數，為開溝犁結構參數優化提供了理論指導。近年來，為了降低耕整地環節作業機具能耗，研究人員已經開展了起壟裝置旋耕和開溝部件的能耗預測，并開展了相關試驗測試[16-18]。現有開溝裝置的研究主要以開溝、筑溝作業為主，壟體穩定性差，土壤回流嚴重，壟型一致性差。

本文針對山東省甘薯產區種植模式，以開溝、筑溝及起壟作業為目標，設計一種甘薯起壟整形機犁鏵式開溝起壟裝置，構建犁鏵式開溝起壟裝置-土壤互作仿真模型，確定影響甘薯起壟作業效果的主要因素并進行仿真試驗，以期獲得犁鏵式開溝起壟裝置最優工作參數組合，并開展田間驗證試驗。

1 總體結構及工作原理

甘薯起壟整形機由拖拉機牽引，能夠一次性完成旋耕、起壟和整形功能。整機結構如圖1所示。

圖1 甘薯起壟整形機三維結構圖Fig.1 3D structure diagram of sweet potato ridging shaping machine1.開溝起壟裝置 2.小前犁 3.旋耕裝置 4.鎮壓整形裝置

整機分為旋耕裝置、開溝起壟裝置及鎮壓整形裝置。主要由機架、三點式懸掛、變速箱、旋耕刀及鎮壓輥等裝置組成。田間作業過程中，旋耕裝置將土壤破碎并向壟體方向聚攏，開溝起壟裝置開出壟溝、導土并初步形成壟型，鎮壓整形裝置對壟體進行壓實整形，提升壟體強度并使其符合農藝要求。

2 犁鏵式開溝起壟裝置設計

犁鏵式開溝起壟裝置主要由開溝起壟曲面、固定調節架及翼板組成，總體結構如圖2所示。

圖2 犁鏵式開溝起壟裝置結構圖Fig.2 Structure diagram of plowshare furrowing ridging device1.固定調節架 2.翻拋曲面 3.導土曲面 4.起土曲面 5.翼板

開溝犁體由起土曲面、導土曲面及翻拋曲面組成，固定調節架可調整犁鏵式開溝起壟裝置的入土深度，翼板為板狀結構。

田間作業時，隨著機器前進，開溝起壟曲面中起土曲面將土壤抬升，送至導土曲面；導土曲面將土壤分至兩側，并提升到地面高度；翻拋曲面將已抬升至地面高度的土壤導引翻拋至壟頂。翼板為前窄后寬設計，與開溝犁體相連接處最窄，隨前進方向逐漸向外擴寬。在開溝犁體形成壟溝后，對兩側壟體側壁進行擠壓，形成初步壟體，同時對開溝犁體上導至壟頂的土壤進行引導，推至壟頂中間，防止土壤回落至溝內。

2.1 犁鏵式開溝起壟裝置參數設計

2.1.1甘薯種植農藝模式

結合當地常用拖拉機輪距、地塊條件和農藝要求，選定雙壟雙行梯形壟種植模式。具體壟型參數為：壟底寬600 mm，壟頂寬400 mm，壟溝寬200 mm，壟高250 mm，壟距800 mm。甘薯起壟整形機工作過程中，開溝起壟曲面將壟溝中的土壤升運至壟臺部分且使土壤向兩側分離，并在翼板的擠壓作用下最終穩定在壟頂，實現壟溝與壟臺的土壤互換，甘薯種植壟型斷面如圖3所示。

圖3 甘薯種植壟型斷面圖Fig.3 Ridge cross section of sweet potato planting

圖3中基準線為作業前的地表高度，基準線上方為壟臺，基準線下方為壟溝。壟體傾角可表示為

(1)

式中h——壟高，mW——壟距，m

w0——壟溝寬，mw1——壟頂寬，m

土壤在經過旋耕破碎和上送作業過程后，土壤體積會增大，開溝起壟曲面最小入土深度h1可表示為

(2)

式中λ——旋耕前后土壤體積比，取1.2[13]

h2——基準線上方壟臺高度，m

甘薯種植農藝要求為單壟單行，壟頂、壟溝和壟高分別為0.4、0.2、0.25 m，計算得壟體傾角φ為63°，理論最小入土深度為0.192 m。

考慮旋耕后土壤較為蓬松、開溝起壟裝置前行過程中土壤在壟頂堆積等問題，開溝起壟裝置的高度應大于作業后壟頂土壤堆積高度，開溝起壟裝置頂寬可表示為

Wk=(w0+2Hkcotφ)λ

(3)

式中Wk——開溝起壟裝置頂寬，m

Hk——開溝起壟裝置高度，m

根據甘薯起壟作業農藝要求，開溝起壟裝置高度Hk取0.41 m，計算得到開溝起壟裝置頂寬為0.670 m。

2.1.2開溝起壟曲面設計

開溝起壟曲面看作水平直元線沿導曲線運動形成，且水平直元線與導曲線的夾角呈一定變化規律，導曲線由始端直線AB、耕深以下曲線段BC和挖深以上曲線段CD組成。端點A(0,0)、B(xb,zb)、C(xc,zc)、D(xd,zd)間平滑過渡連接，導曲線如圖4所示。

圖4 導曲線示意圖Fig.4 Schematic of guiding curve

導曲線參數方程可表示為

(4)

式中k、a、b、c、d——常數

R——CD段圓弧半徑，m

導曲線參數方程由AB段斜率(即起土角α)和lAB、BC段高度H1和開度L1、CD段高度H2決定。根據甘薯起壟作業要求，開溝起壟曲面導曲線參數為：起土角α取25°，lAB取85 mm，BC段開度L1取150 mm，高度H1取245 mm，CD段高度H2取125 mm，CD段圓弧的半徑R取150 mm。導曲線交點B、C斜率可表示為

(5)

式中β——切線角

聯立方程(4)、(5)可得

(6)

代入式(6)求得k為0.47，a為0.05，b為0.37，c為2.2，d為16.8。

開溝起壟裝置在旋耕裝置碎土后工作，主要完成導土和翻土作業，根據《農業機械設計手冊》，半螺旋曲面翻土效果較好，碎土效果較差。因此，開溝起壟曲面采用半螺旋形曲面。元線角θ在導土曲面增長緩慢，在翻拋曲面增長較快。起始元線角也是曲面與溝墻夾角，即推土角γ1。為減小開溝阻力，避免過大的土壤擾動，曲面起始元線角θ0取較小值，同時為方便土壤上升，隨土壤高度的上升線性減小到θmin，本文起始元線角θ0取35°。在導曲線中AB段與BC段相接處元線角減小至最小值32°。隨后元線角θ隨導曲線高度持續增長至θmax，參考《農業機械設計手冊》，半螺旋型曲面元線角最大值與最小值差值為7°～15°，本文所設計的開溝犁體曲面在整機結構中位于旋耕裝置后部，開溝犁主要功能是將土壤上導、翻拋。文獻[19]表明半螺旋型曲面元線角差值為10°時，犁體曲面能夠實現開溝后土垡翻拋功能。同時，較大的元線角差值會導致犁體曲面頂部的元線角過大，增大牽引阻力。從半螺旋型曲面實現土垡翻拋和降低能耗角度考慮，取元線角差值為10°～14°。

開溝起壟裝置設計在旋耕裝置之后，土壤已經過旋耕刀破碎作業，故開溝起壟曲面的元線角變化曲線采取內凹的拋物線，可表示為

(7)

式中θn——第n個高度元線角，(°)

θmin——元線角最小值，(°)

Δθ——元線角差值，(°)

Ln——導曲線高度，m

L10——導曲線BC段和CD段總高度，m

導曲線BC段和CD段總高度為370 mm，將總高度均勻分為10份，各元線間高度差為37 mm。

2.1.3翼板參數設計

開溝起壟曲面作業后，需要對壟體側邊進行壓實，防止土脊中的部分土壤回落至壟溝。為解決這一問題，在開溝起壟曲面的側邊設計安裝了向機具后部延伸的翼板對壟體側邊進行壓實成型作業，如圖5所示。考慮到壓制作業后土壤的塌落和蓬松問題，翼板采用前窄后寬型設計，前部寬度P1與開溝起壟裝置頂寬相同，后部寬度P2較前部寬度有一傾斜角ω，綜合考慮取3°。翼板高度與開溝起壟曲面高度相同。翼板長度由兩部分組成，前部長度D1只與開溝起壟曲面參數有關，后部長度D2與甘薯起壟整形機前行速度、壟體高度有關。

圖5 翼板結構示意圖Fig.5 Schematic of wing plate

土壤顆粒下落至壟溝過程中的運動軌跡為

(8)

式中Vx、Vz——土壤顆粒在前行方向和豎直方向的速度，m/s

hL——土壤顆粒下落高度，m

g——重力加速度，m/s2

t——土壤顆粒下落時間，s

土壤顆粒在前進方向的運動速度Vx與機具前進速度相同，取0.8 m/s，土壤顆粒下落高度h略大于開溝起壟裝置高度，取0.41 m，根據公式計算得到翼板后部長度D2為270 mm。

2.2 牽引阻力分析

犁鏵式開溝起壟裝置所受到牽引阻力主要為開溝起壟曲面和翼板與土壤相互作用。犁鏵式開溝起壟裝置牽引阻力F可表示為

F=F1+F2

(9)

式中F1——開溝起壟曲面牽引阻力，N

F2——翼板牽引阻力，N

2.2.1開溝起壟曲面受力分析

開溝起壟曲面的結構參數和形狀變化是影響牽引阻力的主要因素。開溝起壟曲面的主要結構參數包括土壤在x和y方向的進入角α1和β1、土壤離去角β2和推土角x2、曲面安裝角x1，受力如圖6所示。

圖6 開溝起壟曲面受力分析Fig.6 Force analysis on surface of furrowing ridging

在曲面高度和輪廓確定的情況下，β1和β2與元線角差值及初始元線角有關，α1和推土角γ1有關。開溝起壟曲面的牽引阻力F1可表示為

F1=FC+FP+Ff+Fv

(10)

式中FC——曲面對土壤的切割力，N

FP——土壤總壓力，N

Ff——土壤與曲面間的摩擦阻力，N

Fv——帶動土壤運動的力，N

設開溝起壟曲面作業寬度為E，深度為Q，垂直截面曲線的形狀和尺寸以ρ=ρ(ε)形式表示，開溝起壟曲面牽引阻力是關于犁體曲面參數β1、β2、γ1、δ的關系式，可表示為

(11)

式中δ——土壤摩擦角

K——土壤性質

f——綜合摩擦因數

ve——開溝起壟裝置前行速度，m/s

犁體曲面初始元線角即為推土角，參考《農業機械設計手冊》，半螺旋形犁體推土角取值為35°～40°。較小的推土角可顯著提升犁體曲面的入土性能，降低牽引阻力，但可能會導致犁體頂部的元線角過小，從而影響犁體曲面的翻拋性能。同時，安裝角會對土壤顆粒進入犁體曲面時的運動軌跡和速度方向產生影響，從而導致開溝犁體曲面阻力產生較大差別。《農業機械設計手冊》中安裝角取值范圍為25°～30°。較小的安裝角會導致起土曲面與壟溝底部產生刮擦，從而破壞壟溝形狀。而較大的安裝角會增強犁體曲面的碎土能力，進而增大犁體曲面阻力。結合甘薯起壟作業翻拋性能和降低作業能耗要求，選取仿真試驗因素推土角和安裝角分別為36°～40°和26°～28°。

牽引阻力主要由開溝犁體曲面阻力決定，推土角、安裝角及元線角差值是開溝犁體曲面設計的主要參數，通過離散元仿真試驗研究推土角、安裝角及元線角差值對牽引阻力的影響規律，實現開溝起壟裝置優化。

2.2.2翼板受力分析

整機作業時，翼板所受到的牽引阻力主要由翼板受土壤擠壓力和摩擦力組成，受力如圖7所示，翼板所受牽引阻力F2表示為

F2=fx+FD

(12)

式中FD——翼板受擠壓力，N

fx——翼板受摩擦力，N

圖7 翼板受力分析Fig.7 Force analysis of wing plate

開溝起壟裝置在田間作業過程中，除自身重力外還承載甘薯起壟整形機部分重力。土壤對翼板的支持力包括地面對翼板支持力、壟體側邊對翼板支持力和土壤擠壓反力對翼板支持力。由于翼板重力主要作用在壟體側邊，在計算摩擦力過程中忽略地面對翼板支持力，摩擦力fx表示為

fx=μ[(mg+T1)sinφ+N3]

(13)

式中μ——翼板與土壤摩擦因數

m——翼板質量，kg

T1——甘薯起壟整形機對翼板的壓力，N

N3——土壤擠壓反力對翼板的支持力，N

當機具和開溝起壟裝置結構參數確定時，翼板前后寬度差形成的傾斜角直接決定土壤擠壓反力。傾斜角越大，會顯著增加翼板牽引阻力，反之翼板牽引阻力降低。

3 仿真試驗

3.1 離散元模型建立及參數設定

通過Inventor軟件建立犁鏵式開溝起壟裝置三維模型。將模型轉換為STEP格式導入EDEM軟件中。為提高EDEM軟件計算速度和運行效率，將犁鏵式開溝起壟裝置不與土壤產生接觸的零部件省略以簡化模型(圖8)。

圖8 簡化后犁鏵式開溝起壟裝置仿真模型Fig.8 Simplified plowshare furrowing ridging device

為滿足仿真要求，避免仿真土槽邊界對仿真試驗產生影響，建立長×寬×高為4 000 mm×2 500 mm×400 mm的仿真土槽，其中土壤高度為300 mm。設定土壤顆粒為規則及相同形狀，采用半徑為6 mm的球形顆粒組成單個土壤顆粒。JKR模型相較于 bonding模型，更側重于土壤運動分析，本文選取JKR模型[7]，接觸參數通過文獻[20-21]和借助GEMM數據庫推薦的土壤接觸力學參數選取范圍，離散元仿真參數如表1所示。

表1 離散元仿真參數設定Tab.1 Discrete element simulation parameters

3.2 仿真試驗結果與分析

3.2.1仿真方案及結果

由土壤運動規律和開溝起壟曲面參數設計及分析可知，安裝角x1、推土角x2及元線角差值x3為影響開溝起壟裝置牽引阻力的主要因素。為探究這3個主要因素對犁鏵式開溝起壟裝置作業性能和牽引阻力的影響規律及最優參數組合，利用Design-Expert軟件中響應面Box-Behnken試驗方法進行試驗設計。以土壤拋送距離和牽引阻力為評價指標，設計了三因素三水平Box-Behnken中心組合設計試驗，因素編碼如表2所示。

表2 試驗因素編碼Tab.2 Experimental factors and codes (°)

土壤拋送距離反映土壤經翻拋后在壟頂分布和土脊形成情況。使用EDEM仿真軟件中后處理模塊區域選取功能，以仿真土槽YOZ平面作為基準面，以厚度20 mm對土槽試驗區域進行切片，每個切片間隔200 mm。選中每個切片中壟頂以上部分土壤顆粒，將土壤顆粒在YOZ平面中的坐標數據導出，計算壟頂邊緣Y軸坐標到本側土脊最遠端的Y軸坐標，計算公式表示為

S=|Ymax-Ymin|

(14)

式中S——土壤拋送距離，m

Ymax——壟頂最遠端顆粒坐標

Ymin——壟頂最近端顆粒坐標

利用EDEM仿真軟件后處理模塊中的圖表生成功能，可直接對開溝起壟裝置在X、Y、Z方向所受合力以折線輸出。在仿真試驗中，開溝起壟裝置前行方向為X軸，起壟裝置沿X軸方向做勻速直線運動，開溝起壟裝置在X軸所受的合力即為牽引阻力，仿真試驗中，機器作業速度為3.33 km/h、固定入土深度為200 mm，犁鏵式開溝起壟裝置仿真作業過程如圖9所示。試驗結果如表3所示。其中，X1、X2、X3為因素編碼值。

圖9 犁鏵式開溝起壟裝置仿真作業過程Fig.9 Simulation operating process of plowshare furrowing ridging device

表3 試驗結果Tab.3 Experimental results

3.2.2土壤拋送距離方差和響應曲面分析

(15)

表4 土壤拋送距離方差分析Tab.4 Variance analysis of soil throwing distance

推土角和安裝角對土壤拋送距離的影響規律如圖10所示。從圖10可以看出，土壤拋送距離隨推土角和安裝角的增大緩慢減小，兩者對土壤拋送距離的影響趨勢較為一致。當推土角和安裝角較小時，土壤拋送距離較大。當推土角為40°時，土壤拋送距離為最小值，而安裝角為28°時，土壤拋送距離為最小值。

圖10 推土角和安裝角對土壤拋送距離影響的響應曲面Fig.10 Influence of bulldozing angle and installation angle on soil throwing distance

安裝角和元線角差值對土壤拋送距離的影響如圖11所示。從圖11可以看出，元線角差值變化方向響應曲面圖變化較為陡峭，兩端取值時土壤拋送距離較大，在安裝角方向變化較為平緩，土壤拋送距離緩慢上升后保持平穩。這表明元線角差值變化對土壤拋送距離的影響較大，而安裝角對土壤拋送距離無明顯影響。設計中應主要考慮元線角差值變化，使土壤顆粒的拋送距離處在合理范圍。

圖11 安裝角和元線角差值對土壤拋送距離影響的 響應曲面Fig.11 Influence of installation angle and element line angle difference on soil throwing distance

(16)

表5 牽引阻力方差分析Tab.5 Variance analysis of traction resistance

元線角差值和安裝角對牽引阻力的影響如圖12所示。從圖12可以看出，牽引阻力隨安裝角的增大而增大，當安裝角為28°時達到最大值；從響應曲面整體趨勢可以看出，在元線角差值一側響應曲面圖較為陡峭，這表明元線角差值對牽引阻力影響較為明顯。在安裝角一側則變化較為平緩，牽引阻力緩慢上升。

圖12 元線角差值和安裝角對牽引阻力影響的響應曲面Fig.12 Influence of element line angle difference and installation angle on traction resistance

圖13 推土角和安裝角對牽引阻力影響的響應曲面Fig.13 Influence of bulldozing angle and installation angle on traction resistance

推土角和安裝角對牽引阻力的影響如圖13所示。從圖13可以看出，牽引阻力隨推土角的增大而增大，當推土角為40°時達到最大；推土角和安裝角交互作用對牽引阻力大小的影響也較為明顯。從響應曲面整體趨勢可以看出，安裝角和推土角兩側的響應曲面圖均較為陡峭，兩因素的變化對牽引阻力的影響均較為明顯。

開溝起壟犁體曲面設計中，在保證土壤能夠翻拋至壟頂的前提下，以牽引阻力最小為目標，利用Design-Expert 11軟件Optimization功能選出各影響因素的最優組合為：安裝角為27.19°、推土角為38.05°、元線角差值為10.69°。最優參數組合工況下，土壤翻拋距離為228.74 mm，牽引阻力1 366.99 N。

4 田間試驗

4.1 試驗條件與方法

按仿真試驗優化后的參數對犁鏵式開溝起壟裝置進行試制。為了驗證犁鏵式起壟裝置工作性能，于2021年10月在山東火絨農業科技發展公司試驗田開展了田間試驗。試驗現場如圖14所示，板式和犁鏵式開溝起壟裝置如圖15所示。

圖14 甘薯起壟整形機田間試驗Fig.14 Field experiment of sweet potato ridging shaping machine

圖15 板式和犁鏵式開溝起壟裝置Fig.15 Ridging shaping device of plate type and ploughshare ridging shaping

試驗田土壤性質為壤土粘土混合。試驗前測得土壤含水率為15.7%。甘薯起壟整形機配套動力為東方紅954型四驅拖拉機。試驗測試主要儀器為SL-TSC型數字多功能土壤性質測試儀，可同時測量土壤含水率、溫度及土壤緊實度。另外，拖拉機安裝雷諾WR-Y2-50-L型油耗測試儀，測量起壟作業過程中的拖拉機油耗。

4.2 評價指標

參考JB/T 8401.2—2017《旋耕聯合作業機械第2部分：旋耕深松滅茬起壟機》和NY/T 740—2003《田間開溝機械作業質量》進行評定，選取壟體土壤緊實度和壟高穩定性系數作為作業效果試驗指標。從節能角度考慮，將起壟裝置工作過程的油耗作為一項評價指標。

4.2.1壟高穩定度

測量每次試驗壟型，沿拖拉機前行方向等距選取10處測量點，相鄰測量點間隔20 m。在壟頂放置卷尺，盡量貼合地面，同時在壟溝中心放置鋼尺，兩尺相交點距離壟溝底部的高度即為測量點的壟高，取10處測量點的壟高平均值為最終壟高，壟高穩定性系數可表示為

(17)

式中T——壟高穩定性系數，%

Sb——壟高標準差，m

hi——第i測量點壟體高度，m

n——試驗中選取的測量點個數，取10

4.2.2壟體土壤緊實度

為衡量壟體土壤緊實程度，采用土壤緊實度儀器對起壟整形后的壟面進行測試，測量深度分別為0.1 m，由于壟上部分是先翻土后鎮壓，選取壟體中心位置為測試點，間隔2 m，取20個測點平均值為壟體土壤緊實度。

4.2.3作業油耗

將板式起壟裝置和犁鏵式開溝起壟裝置分別安裝于同一臺甘薯起壟整形機，且兩種起壟裝置起壟高度和寬度相同。田間試驗作業長度為100 m，且每次作業長度相同，利用油耗測試儀及配套設備記錄拖拉機每次試驗全程油耗數據，利用配套分析程序計算每次試驗平均作業油耗數據。兩種起壟裝置各進行5次田間試驗，平均作業油耗取平均值。

4.3 試驗結果與分析

田間試驗時機具前行速度為3.33 km/h，固定入土深度為0.2 m。試驗結果如表6所示。

表6 田間試驗結果Tab.6 Field experiment results

從表6可以看出，相比于傳統板式起壟裝置，犁鏵式開溝起壟裝置壟高穩定性系數提高了2.4個百分點，壟體土壤緊實度提高了18 kPa，提高了壟體穩定性，且適合甘薯移栽作業和塊根形成和膨大[22]。因此，設計的犁鏵式甘薯起壟裝置能夠滿足甘薯起壟農藝要求，為甘薯移栽提供了更好條件。同時，甘薯起壟整形機整機田間試驗時，僅在同一臺甘薯起壟整形機上，將起壟裝置分別更換為板式起壟裝置和犁鏵式開溝起壟裝置進行油耗對比，結果表明，犁鏵式開溝起壟裝置比板式起壟裝置田間作業油耗降低了0.53 L/h，具有較好的節能效果。

5 結論

(1)針對現有甘薯起壟整形機存在起壟效果較差、牽引阻力大等問題，基于甘薯壟型結構尺寸農藝要求，設計了犁旋式甘薯起壟裝置，構建了開溝起壟曲面導曲線及元線角變化參數方程、起壟裝置整體受力模型。

(2)利用EDEM軟件對犁鏵式開溝起壟裝置作業過程進行仿真試驗，選取開溝犁體曲面安裝角、推土角、元線角差值為試驗因素，以土壤拋送距離、牽引阻力為試驗指標，對開溝犁體曲面進行仿真優化，建立了試驗因素與試驗指標之間的回歸數學模型，當機器作業速度為3.33 km/h、固定入土深度為200 mm時，得到優化參數組合為安裝角為27.19°、推土角為38.05°、元線角差值為10.69°。

(3)田間對照及驗證試驗表明，犁鏵式開溝起壟裝置壟高穩定性系數為98.53%，壟體土壤緊實度為236 kPa，拖拉機作業油耗為11.94 L/h，滿足甘薯開溝起壟農藝要求，均優于板式起壟裝置作業效果。