仿生深松鏟的設(shè)計(jì)1引言1.1研究目的及意義目前，我國(guó)的耕地面積占據(jù)世界的第三位，但我們同時(shí)還是全世界人口第二大國(guó)，這導(dǎo)致我們國(guó)家人均耕地面積只是世界人均耕地面積的三分之一。同時(shí)，由于最近幾年來(lái)耕地受到工業(yè)廢氣廢料等污染物的污染以及對(duì)于耕地的不恰當(dāng)使用等原因使我國(guó)的優(yōu)質(zhì)耕地占比逐年減少，并且年均減少面積略有擴(kuò)大。因北方耕地與南方耕地相比存在優(yōu)勢(shì)，故近幾年的耕地重心從南向北移動(dòng)導(dǎo)致對(duì)土地的高強(qiáng)度利用使東北黑土地的退化日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致黑土地“變薄、變瘦、變硬”。黑土地耕層的平均厚度目前已經(jīng)從開(kāi)墾前的厚度為80至100cm下降為20至30cm且田間持水量逐年上升。農(nóng)民過(guò)度要求增產(chǎn)增收，濫用農(nóng)業(yè)技術(shù)手段，也導(dǎo)致土壤肥力不足進(jìn)而使土地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛牡亍楦纳七@一現(xiàn)狀，國(guó)家出臺(tái)了相應(yīng)的政策保護(hù)耕地，鼓勵(lì)我們研發(fā)更新的農(nóng)業(yè)技術(shù)。這對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。在對(duì)土壤進(jìn)行翻耕的過(guò)程中，由于工作部件的工作阻力大會(huì)令農(nóng)業(yè)機(jī)械在進(jìn)行翻耕作業(yè)時(shí)消耗大量的人力物力，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)行翻耕作業(yè)的成本較高，農(nóng)業(yè)機(jī)械在進(jìn)行耕作的過(guò)程中也會(huì)將土壤壓實(shí)，提高土壤的硬度，從而造成了犁底層的產(chǎn)生[1]。犁底層的存在會(huì)降低土壤的孔隙度進(jìn)而對(duì)于土壤的通氣性和透水性產(chǎn)生影響，因此根系下扎困難，限制了農(nóng)作物的產(chǎn)量。為防止犁底層的出現(xiàn)并消除它對(duì)于農(nóng)作物生長(zhǎng)所產(chǎn)生的影響，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)免耕少耕中的深松技術(shù)可以改善甚至解決這一問(wèn)題。深松是指使用深松機(jī)械在不損傷土地原始結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，打破犁底層，將土壤內(nèi)部堅(jiān)硬的土塊打碎，增大土壤的孔隙度進(jìn)而提高土壤的通透性，創(chuàng)造一個(gè)更加有益于根系生長(zhǎng)的深層土壤空間。由于近些年土地退化嚴(yán)重，免耕，少耕等旱地保護(hù)性耕作技術(shù)在人們的嚴(yán)重愈加受到重視，而深松技術(shù)與傳統(tǒng)翻耕作業(yè)的各個(gè)方面相比有著相當(dāng)明顯的優(yōu)點(diǎn)，深松的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）深松作業(yè)可以打碎犁底層，為作物的生長(zhǎng)提供更有益的生長(zhǎng)環(huán)境，令作物根系吸收底層的水分能力提高。（2）深松作業(yè)疏松土壤的同時(shí)，不僅增加了土壤自身的流通性，還有利于根系的生長(zhǎng)，增高土壤肥力。（3）深松作業(yè)與人工傳統(tǒng)翻耕相比，它具有獨(dú)特的特點(diǎn)完全取決于自己的耕深模式，在保障原有土壤肥力和根系部位固有的生長(zhǎng)環(huán)境的基礎(chǔ)上，減少了每年進(jìn)行耕深操作的需要。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度不斷提高，提高了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，但仍有一些難題仍未解決，如：由于工作阻力以及不恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)會(huì)使工作過(guò)程中震動(dòng)加大，影響工作的效率進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)效益。因此改良深松機(jī)械的零件在工作中遇到的阻力與磨損問(wèn)題成為解決難題的關(guān)鍵。深松鏟的主要工作部件是深松鏟的鏟柄以及鏟尖，鏟尖在進(jìn)行深松作業(yè)的過(guò)程中主要起到入土的作用，鏟柄在進(jìn)行深松作業(yè)的過(guò)程中則起到將堅(jiān)硬的土塊打碎的作用。這也就導(dǎo)致了深松鏟要對(duì)應(yīng)不同的環(huán)境選擇不同的結(jié)構(gòu)形狀。因此其所具有的結(jié)構(gòu)形狀對(duì)深松部件在土壤深松耕作時(shí)所受阻力有著明顯影響，且鏟尖的結(jié)構(gòu)對(duì)入土性能、松土效果同樣具有明顯的影響[2]。解決這些問(wèn)題將有助于落實(shí)耕地保護(hù)方法，確保我國(guó)的糧食安全，實(shí)現(xiàn)糧食種植的增產(chǎn)增收，保障人民的物質(zhì)生活。深松鏟作為深松機(jī)械的關(guān)鍵部件會(huì)成為解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵。伴隨著近些年科技的快速發(fā)展，仿生技術(shù)已經(jīng)與農(nóng)業(yè)機(jī)械相結(jié)合并快速發(fā)展。動(dòng)物經(jīng)過(guò)幾千年的與環(huán)境相適應(yīng)，身體的部分結(jié)構(gòu)已經(jīng)滿足與環(huán)境相適應(yīng)相發(fā)展的完美結(jié)構(gòu)與形態(tài)。這為人類解決科技發(fā)展中所遇到的難題提供了全新的思路與方法。仿生深松鏟具有動(dòng)物的某些特點(diǎn)，可以提高工作效率，減少工作阻力，提高土壤的透氣性對(duì)于解決上述問(wèn)題有重要研究意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外深松研究現(xiàn)狀早在上個(gè)實(shí)際，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家就已對(duì)深松技術(shù)展開(kāi)了深入的研究與應(yīng)用。目前，以美國(guó)為首的歐美國(guó)家已經(jīng)將深松作業(yè)廣泛應(yīng)用于田間作業(yè)中，研制了多個(gè)系列的深松機(jī)具并已規(guī)?；盗谢@些深松機(jī)具備深松耕幅寬、耕深大、速度快等優(yōu)點(diǎn)[3-4]。最具代表性的為HE-VA型深松機(jī)，如圖1-1所示，配置鑿型深松鏟，機(jī)具在進(jìn)行深松作業(yè)的過(guò)程時(shí)，若是遇到堅(jiān)硬的障礙物，則可以剪斷安全銷保護(hù)機(jī)具；馬斯奇奧ARTIGLIOMAGNUM系列250、300、400型號(hào)的全方位深松機(jī)，如圖1-2所示，配套功率200~380馬力，深松幅寬為4m，所裝深松鏟10個(gè)左右，耕深達(dá)70cm；圖1-1HE-VA型深松機(jī)圖1-2馬斯奇奧系列深松機(jī)國(guó)外學(xué)者對(duì)于深松結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也進(jìn)行了許多的研究，并不斷地將仿生學(xué)與深松機(jī)構(gòu)相結(jié)合且不斷的應(yīng)用于實(shí)踐之中。在對(duì)于仿生對(duì)象的選擇中，由于深松鏟的工作特點(diǎn)以及土壤洞穴類動(dòng)物的挖掘工具——爪趾以及土壤動(dòng)物表層特征結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)越，為仿生學(xué)在深松機(jī)械的應(yīng)用提供了重要參考意義。Li等[5]參考借鑒了鼴鼠的爪趾輪廓曲線，設(shè)計(jì)了一種具有仿生原理的圓盤耙，利用有限元分析方法將仿生圓盤耙和傳統(tǒng)的圓盤耙進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析和作業(yè)效率的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)仿生圓盤耙相對(duì)于傳統(tǒng)圓盤耙具有更好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可以造成更大的土壤變形和擾動(dòng)，從而將土壤進(jìn)行有效的切削。Tong等[6]研究貝殼表面的紋理構(gòu)造并應(yīng)用于開(kāi)溝器的表面形狀設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)仿生開(kāi)溝器的觸土表面相對(duì)傳統(tǒng)開(kāi)溝器表面有著更好的耐磨性。蚯蚓表面的褶皺能有效使蚯蚓在移動(dòng)過(guò)程中減少土壤對(duì)其自身的黏附，Zhang等[7]根據(jù)蚯蚓的這一特性設(shè)計(jì)了一款提取蚯蚓表面褶皺的仿生推土板，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)仿生推土板與光滑推土板相比具有更良好的碎土的性能。Soni等[8-9]模仿了蜣螂體表所含有的凸包結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)獲得幾種不同的仿生曲面，采用UHMW-PE加工了應(yīng)用仿生曲面的犁，并在土壤中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出凸包高徑比小于0.5的仿生曲面可降低阻力1%-5%。1.2.2國(guó)內(nèi)對(duì)于深松鏟減阻的研究目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于深松減阻的常用方法有分層深松減阻、振動(dòng)深松減阻與結(jié)構(gòu)優(yōu)化減阻[10-11]。分層深松減阻通過(guò)設(shè)計(jì)安裝在機(jī)架上前后位置不同且高低不同的兩層鏟尖進(jìn)行減阻，上層鏟發(fā)揮破開(kāi)表層土壤作用，下層鏟發(fā)揮打破較硬的犁底層作用，這樣可以減小深松鏟的破土阻力、減小土壤擾動(dòng)，達(dá)到分層深松土壤的效果，但是卻增加了生產(chǎn)成本[12-13]，如圖1-3所示。1.下層深松鏟2.上層深松鏟3.固定板4.鏟尖5.緊固件圖1-3分層深松鏟在深松作業(yè)中，通過(guò)前鏟疏松耕作層的土壤，使耕作層和下層土壤發(fā)生相互分離，然后后鏟緊隨前鏟，使犁底層和下面的土壤變得松軟，這樣能夠降低深松鏟在深松過(guò)程中遇到的阻力，從而提升深松的工作質(zhì)量。振動(dòng)減阻即在深松機(jī)具上加裝一臺(tái)振動(dòng)器，根據(jù)鏟土有無(wú)動(dòng)力，可將其劃分為自激式振動(dòng)深松與受迫振動(dòng)式深松式。受迫振動(dòng)式深松需通過(guò)驅(qū)動(dòng)源來(lái)產(chǎn)生振動(dòng)，以降低深松鏟與土壤的粘附力，進(jìn)而降低其在深松過(guò)程中的破土阻力。振動(dòng)深松是一種高效、節(jié)能的耕作方式，但其工作機(jī)理目前尚未完善。在對(duì)于深松鏟的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面，已有許多研究證明，可以減小深松鏟在進(jìn)行深松作業(yè)時(shí)的工作阻力。如:對(duì)于鏟柄幾何參數(shù)進(jìn)行的優(yōu)化，鏟尖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和破土刃的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖1-4所示：1.深松鏟柱2.上段破土刃3.中段破土刃4.下段破土刃5.鏟尖圖SEQ圖\*ARABIC\s21-4折線破土刃鏟柄此外，深松鏟表面的觸土面積、接觸表面的平凹度以及鏟尖材料對(duì)深松鏟工作時(shí)產(chǎn)生的耕作阻力有一定影響，合理設(shè)計(jì)能有效提高深松鏟的使用壽命。例如：有學(xué)者提取砂魚蜥頭部的曲線運(yùn)用于深松鏟鏟尖的鏟面處以達(dá)到降阻的目的。同時(shí)，也有很多國(guó)內(nèi)外的學(xué)者將深松鏟的設(shè)計(jì)與研究和離散元仿真相結(jié)合，利用離散元搭建與實(shí)際土地性狀相似的仿真土壤模型，對(duì)深松鏟的工作情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。伴隨著國(guó)家對(duì)于深松減阻技術(shù)的研究深入，目前主要進(jìn)行的研究方向?yàn)樯钏社P結(jié)構(gòu)性狀減阻研究與仿生結(jié)構(gòu)性狀減阻研究。在深松工作時(shí)，深松機(jī)的關(guān)鍵部件深松鏟和機(jī)架之間的連接通常為剛性連接，在進(jìn)行深松作業(yè)時(shí)深松鏟跟隨著機(jī)架前行打破犁底層。圖1-5為常見(jiàn)的深松機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。深松機(jī)的結(jié)構(gòu)組成為：深松鏟、三點(diǎn)懸掛連接裝置和機(jī)架。目前深松機(jī)具的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要性能的體現(xiàn)與其關(guān)鍵部件—深松鏟息息相關(guān)，深松鏟主要由鏟柄和鏟尖構(gòu)成。1.三點(diǎn)懸掛裝置2.機(jī)架3.深松鏟圖1-5深松機(jī)基本結(jié)構(gòu)目前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)是探討深松鏟結(jié)構(gòu)特性中的阻力減小，但對(duì)鏟尖的研究相對(duì)較少。為了有效地降低深松過(guò)程中的阻力，標(biāo)準(zhǔn)深松鏟的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)能夠有效地減小深松過(guò)程中的阻力。所以，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鏟柄結(jié)構(gòu)形狀的改進(jìn)研究出現(xiàn)了很多研究方法和內(nèi)容[14]。將深松鏟的仿生結(jié)構(gòu)性狀與仿生學(xué)的研究相互結(jié)合對(duì)于解決農(nóng)業(yè)機(jī)械在工作過(guò)程實(shí)際中所具有阻力大的問(wèn)題有重要意義。楊玉婉等[15]對(duì)于鼴鼠的爪趾結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究與分析，設(shè)計(jì)的仿生切土刀片與傳統(tǒng)切土刀片相比具有更為優(yōu)良的性能。郭志軍等[16-17]對(duì)田鼠的爪趾輪廓曲線進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)于爪趾輪廓曲線上的曲率的改變，設(shè)計(jì)出了9種具有較好減阻性能的仿生曲面推土板。馬云海等[18]對(duì)獾的爪趾的輪廓曲線進(jìn)行研究分析，獾爪趾如圖1-6所示，將所獲得的擬合曲線方程應(yīng)用到挖掘機(jī)斗齒，設(shè)計(jì)出具有更加優(yōu)良減阻性能的含有仿生幾何結(jié)構(gòu)的斗齒。圖16狗獾爪子1.3研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線1.3.1研究?jī)?nèi)容綜合分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，仿生深松鏟的仿生對(duì)象多以土壤洞穴類動(dòng)物如獾，鼠的爪趾進(jìn)行研究，也有對(duì)于貝類的紋理進(jìn)行結(jié)構(gòu)表面設(shè)計(jì)的研究。本文將以熊的爪趾為研究對(duì)象并采用離散元作為對(duì)比，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀于現(xiàn)有成果進(jìn)行結(jié)合以解決現(xiàn)存的深松鏟工作阻力大，壽命短，經(jīng)濟(jì)效益差等問(wèn)題。為此，本文設(shè)計(jì)一款仿生深松鏟以東北地區(qū)黑土地作為研究背景，對(duì)于深松鏟的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析，以保證最終設(shè)計(jì)方案的可行性。通過(guò)這一研究，我們將為解決深松鏟現(xiàn)存的缺點(diǎn)提供一種全新的方案，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更大的助力。具體內(nèi)容如下：查閱文獻(xiàn)，選取熊的爪趾作為仿生研究對(duì)象。基于MATLAB的圖像處理工具，對(duì)爪趾輪廓曲線進(jìn)行提取并其應(yīng)用在現(xiàn)有深松鏟的鏟柄以及鏟尖，設(shè)計(jì)仿生深松鏟并進(jìn)行靜力學(xué)分析。通過(guò)對(duì)于東北地區(qū)土壤特性進(jìn)行分析，考慮土壤之間存在摩擦與粘結(jié)作用，選取適當(dāng)?shù)碾x散元仿真模型。對(duì)所設(shè)計(jì)的仿生深松鏟進(jìn)行離散元仿真試驗(yàn)，將數(shù)據(jù)與國(guó)標(biāo)深松鏟進(jìn)行對(duì)比分析與驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。1.3.2技術(shù)路線 本文技術(shù)路線如圖1-7所示：圖1-7技術(shù)路線圖2基于熊的爪趾曲線的仿生深松鏟設(shè)計(jì)在自然界中，熊類由于其長(zhǎng)且彎曲的爪趾，擅長(zhǎng)于挖掘洞穴。尤其是熊在臨近冬天時(shí)，會(huì)選擇在沼澤地上的干土墩上挖掘地穴，其挖掘過(guò)程與深松過(guò)程相似。本章將設(shè)計(jì)出2款基于熊爪趾輪廓曲線的仿生深松鏟。同時(shí)，以國(guó)標(biāo)圓弧形深松鏟的鏟柄以及鏟尖作為研究設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，并將其與現(xiàn)有的圓弧形深松鏟進(jìn)行離散元仿真分析與對(duì)比，通過(guò)對(duì)比得出仿生深松鏟與目前常用深松鏟相比有著更好的減阻性能并提高深松作業(yè)后土壤的透氣性。2.1仿生對(duì)象及選取原因棕熊、黑熊是熊科動(dòng)物的一種。同時(shí)，棕熊和黑熊業(yè)是肉食性哺乳動(dòng)物中體型最大的一種，它們的肩膀肌肉非常發(fā)達(dá)，所以它們的前肢非常有力。即使它們的前爪可以達(dá)到15cm，但因?yàn)樗鼈兊淖ψ硬荒芟褙埧苿?dòng)物一樣縮進(jìn)爪鞘里，所以它們的爪子尖部很粗糙。由于爪子在揮動(dòng)時(shí)產(chǎn)生巨大的力量，故會(huì)產(chǎn)生驚人的破壞力。熊屬雜食性動(dòng)物，隨著不同季節(jié)的變化食物來(lái)源而異。常以植物的葉子、根、球莖、青苔等植物為主食，夏、秋兩季則以各種水果、堅(jiān)果、漿果及植物根莖為食。它們常年以昆蟲、真菌和植物根莖為食，也以挖洞為食，比如老鼠，松鼠，土撥鼠等等。到了秋季，也就是北極熊開(kāi)始貯存脂肪的時(shí)候，飛蛾幼蟲就成了他們獲取蛋白質(zhì)和脂肪的主要來(lái)源。在冬眠期間，熊會(huì)在有遮擋的山坡上打洞，然后用干燥的干草覆蓋，比如大石塊或樹根下面。有時(shí)候，他們會(huì)在同一個(gè)巢穴里待上好幾年。從上述生活習(xí)慣來(lái)看，熊是非常擅長(zhǎng)打洞的，它的挖掘過(guò)程見(jiàn)圖2-1，它在挖掘的時(shí)候，它的爪趾的水平運(yùn)動(dòng)方向與深松鏟的運(yùn)動(dòng)方向一致，也就是以水平面運(yùn)動(dòng)為主，爪趾由手臂推動(dòng)進(jìn)行橫向水平運(yùn)動(dòng)，爪趾的內(nèi)側(cè)面切入泥土，具有類似于深松鏟的鏟柄的結(jié)構(gòu)。為此，本章擬應(yīng)用仿生學(xué)有關(guān)知識(shí)，以爪趾作為研究對(duì)象，將其與深松鏟的鏟尖、鏟柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合。圖2-1熊在挖掘洞穴本文研究熊的爪趾選用熊的中間爪趾，其為熊的主要挖掘趾，其最為強(qiáng)壯，故選用它作為研究對(duì)象。使用的圖片標(biāo)本如圖2-2所示：圖2-2熊的爪趾2.2熊的爪趾曲線提取熊的爪趾內(nèi)部輪廓在熊進(jìn)行挖掘洞穴時(shí)首先與土壤進(jìn)行接觸，因此爪趾作為挖掘破土的關(guān)鍵部位，輪廓曲線相當(dāng)重要。為了設(shè)計(jì)仿生深松鏟需要對(duì)輪廓曲線進(jìn)行提取并擬合獲得爪趾內(nèi)外輪廓的特征曲線方程。并將所獲得的特征曲線方程分別運(yùn)用于深松鏟的鏟尖以及鏟柄的外側(cè)曲線。圖2-2已清晰展示出所提取的熊爪趾曲線，本研究采用MATLAB軟件進(jìn)行曲線提取。自從MATLAB語(yǔ)言被提出以來(lái)，它就受到工程界學(xué)者以及工程師的高度重視。在此研究中利用MATLAB軟件中的圖像處理工具箱對(duì)爪趾的輪廓曲線進(jìn)行提取。MATLAB軟件具有強(qiáng)大的圖像處理功能可以對(duì)圖片進(jìn)行各樣的處理工作，將每個(gè)圖像表示為二維矩陣，其中的行列分別表示圖像的高度和寬度，像素點(diǎn)的顏色值即為像素值。因此，對(duì)于數(shù)字圖像方面的處理將有先天的優(yōu)越性。從理論上說(shuō)，圖像是一種連續(xù)的二維函數(shù)，在利用計(jì)算機(jī)在對(duì)圖像進(jìn)行處理的時(shí)侯，必須對(duì)其在空間和亮度方面進(jìn)行數(shù)字化處理。MATLAB可以進(jìn)行如卷積、濾波和變換等提供了圖像增強(qiáng)、幾何變換和特征提取的功能因此MATLAB在處理此類數(shù)字圖像方面十分方便。在對(duì)于爪趾曲線提取的過(guò)程中首先對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理，使用imread函數(shù)對(duì)于熊的爪趾的輪廓曲線進(jìn)行灰度處理得到其二值化圖像，通過(guò)此步驟使棕熊爪趾的輪廓更加清晰便于接下來(lái)的提取外部邊界曲線的步驟并進(jìn)行曲線提取，如圖2-3所示，在二值化處理后已經(jīng)獲得較為清晰的輪廓曲線，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用sobel算子對(duì)于已經(jīng)提取的外部輪廓的邊界曲線進(jìn)行提取獲得如圖2-4所示示意圖：

圖2-3灰度處理后的爪趾外部輪廓圖2-4爪趾曲線外部輪廓將上述曲線保存，應(yīng)用origin軟件提取當(dāng)中的數(shù)據(jù)邊界點(diǎn)得到爪趾所有輪廓曲線的坐標(biāo)，保存并導(dǎo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)的x值與y值。通過(guò)MATLAB軟件中（cftool）工具箱中的曲線擬合器工具將曲線導(dǎo)入坐標(biāo)圖中，如圖2-5所示：圖2-5在MATLAB軟件中導(dǎo)入坐標(biāo)通過(guò)MATLAB軟件中曲線擬合器的排除規(guī)則，將x＜180以及y＜155的點(diǎn)排除，提取爪趾內(nèi)側(cè)曲線如圖2-6所示：圖2-6爪趾內(nèi)側(cè)曲線曲線方程選用傅里葉函數(shù)，曲線方程如式2-1所示： y1=395.3+94.89*cos(0.005327x)-217.6*sin(0.005327x) (2-1)R方值為0.9955，該曲線擬合度高，設(shè)計(jì)時(shí)采用此曲線。提取x范圍為155-360。同理取爪趾外側(cè)曲線，利用排除規(guī)則，排除x＞350與y＞160，得到曲線方程如圖2-7所示:圖2-7爪趾外側(cè)曲線曲線方程采用冪函數(shù)，該函數(shù)方程如式2-2所示： y2=1935*x^(-0.4968) (2-2)R方值為0.9544，該曲線擬合度高，設(shè)計(jì)時(shí)采用此曲線。提取x范圍為163-350。將式（2-1）所提取方程運(yùn)用于深松鏟鏟柄前端的設(shè)計(jì)，比例系數(shù)取1.2。同時(shí)將該曲線運(yùn)用于鑿型鏟尖的一側(cè)，比例系數(shù)取0.15考慮到工藝性原因，故進(jìn)行對(duì)稱處理，得到1號(hào)仿生深松鏟。同理將式（2-2）所提取的方程組運(yùn)用于深松鏟鏟柄前端以及鏟尖的設(shè)計(jì)，得到2號(hào)仿生深松鏟。2.3仿生深松鏟參數(shù)設(shè)計(jì)深松的主要目的為打破由于長(zhǎng)期不科學(xué)耕地所產(chǎn)生的犁底層，增大土壤得孔隙度，提高土壤的透氣性與蓄水能力，因此對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)起到促進(jìn)作用。深松鏟在工作時(shí)鏟尖主要負(fù)責(zé)入土破開(kāi)底層土壤，鏟柄負(fù)責(zé)打碎土塊、切開(kāi)土壤層，故深松鏟的設(shè)計(jì)要求如下：鏟尖以及鏟柄的尺寸應(yīng)當(dāng)與研究背景實(shí)際操作要求降低耕作阻力，合理設(shè)計(jì)鏟尖以及鏟柄的尺寸，同時(shí)要采用合理的制造工藝，使其具有一定的強(qiáng)度和工作壽命。深松鏟需進(jìn)行靜力學(xué)分析以驗(yàn)證尤其時(shí)鏟柄是否能承載切削過(guò)程中的載荷。深松鏟尖有鋒利的刃口，同時(shí)深松鏟應(yīng)合理裝配具有一定的穩(wěn)定性。則在本設(shè)計(jì)中，對(duì)于深松鏟鏟柄的選擇決定選擇以國(guó)標(biāo)圓弧形深松鏟以及鑿型鏟尖作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上將已提取的熊的爪趾內(nèi)外側(cè)曲線應(yīng)用于深松鏟鏟柄以及鏟尖的設(shè)計(jì)，進(jìn)而設(shè)計(jì)兩款仿生深松鏟。深松鏟對(duì)于土壤的深松效果主要由以下參數(shù)決定：觸土曲線的內(nèi)外準(zhǔn)線，鏟柄厚度，入土角以及深松鏟最大工作深度等。鏟尖則主要從其鏟尖寬度，尖端形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。鏟柄對(duì)于深松鏟及其重要，具有傳遞動(dòng)力，保持鏟尖工作位置等作用。鏟柄在深松工作過(guò)程中主要負(fù)責(zé)為切開(kāi)并打碎土壤層，使深松機(jī)可以正常直線向前行進(jìn)。已知熊在挖掘洞穴時(shí)，通過(guò)大腦控制爪趾挖掘土壤，可以不斷變換方位。但深松鏟在實(shí)際仿生工作過(guò)程中需要進(jìn)行簡(jiǎn)化，主要考慮深松鏟的水平工作過(guò)程，對(duì)爪趾移動(dòng)方位變化不做研究。棕熊爪趾在挖掘過(guò)程中，其爪趾會(huì)有一定的磨損以及鈍化。這個(gè)結(jié)構(gòu)有利于爪趾在挖掘過(guò)程中便于插入土壤，同時(shí)在挖掘過(guò)程中具有耕作阻力較小的特點(diǎn)。鏟尖的作用是切開(kāi)和打破堅(jiān)硬的犁底層，在設(shè)計(jì)鏟尖時(shí)，在不把土壤壓實(shí)的情況下需盡可能增大擾動(dòng)面積，且令鏟尖具有耐磨的形狀和結(jié)構(gòu)，以及足夠的經(jīng)濟(jì)性和強(qiáng)度。已知熊的爪趾進(jìn)入土壤時(shí)側(cè)部輪廓曲線對(duì)深松鏟破土有一定影響。則在本設(shè)計(jì)關(guān)于深松鏟鏟柄的選擇中選擇以國(guó)標(biāo)圓弧形深松鏟以及鏟尖選擇鑿型鏟尖作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上將棕熊爪趾內(nèi)側(cè)與外側(cè)曲線分別運(yùn)用于兩款仿生深松鏟的設(shè)計(jì)。在滿足深松作業(yè)要求的情況下，需盡量多降低耕作阻力。據(jù)已有文獻(xiàn)可知深松鏟整體尺寸為在耕深范圍內(nèi)的水平長(zhǎng)度L與深松鏟的耕作深度D的比值L/D控制在0.68~1.04時(shí)，深松鏟會(huì)有較為優(yōu)良的減阻性能，特別是當(dāng)L/D的值取在0.8左右時(shí)減阻性能最好。故本研究在鏟柄設(shè)計(jì)中考慮到熊的爪趾內(nèi)外輪廓曲線與關(guān)于L/D的設(shè)計(jì)要求，選取L為250mm，得到L/D=0.75，深松鏟由鏟尖連接段，觸土曲線段和機(jī)架連接段組成，內(nèi)側(cè)曲線含有60°角的刃口，鏟柄工作段應(yīng)與刃口前輪廓線保持平行，鏟尖連接段的鏟尖安裝平面與水平面之間的夾角為23°（參照于國(guó)標(biāo)圓弧形深松鏟），具體尺寸如圖2-9所示。根據(jù)深松作業(yè)對(duì)于深松鏟的一般要求，參考農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中中國(guó)深松鏟制造標(biāo)準(zhǔn)（JB/T9788-19992000），三部分長(zhǎng)度加和為580mm，觸土段曲線為matlab得到的仿生曲線。由此可見(jiàn)此深松鏟以國(guó)標(biāo)型深松鏟為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)觸土段進(jìn)行了仿生處理。具體模型如圖2-8，2-9所示：（a）1號(hào)仿生深松鏟鏟柄（b）2號(hào)仿生深松鏟鏟柄圖2-8仿生深松鏟鏟柄模型（a）2號(hào)仿生深松鏟鏟尖（b）2號(hào)仿生深松鏟鏟尖圖2-9仿生深松鏟鏟尖模型2.4仿生深松鏟力學(xué)性能分析在設(shè)計(jì)零件時(shí)，零件的強(qiáng)度要求至關(guān)重要，為了判斷所設(shè)計(jì)的深松鏟是否能夠達(dá)到所要求的強(qiáng)度要求，通常都要對(duì)其進(jìn)行有限元靜態(tài)分析，并據(jù)此考慮相應(yīng)的加工過(guò)程。故在本節(jié)建立深松鏟的受力模型，本節(jié)內(nèi)容參考文獻(xiàn)[19-21]對(duì)于深松鏟各部件進(jìn)行理論受力分析。本節(jié)對(duì)于深松鏟進(jìn)行受力分析使令在深松鏟的耕作深度為300mm的黑土地的情況下進(jìn)行驗(yàn)算的的。2.4.1鏟尖分析圖2-10深松鏟鏟尖上方土壤的受力分析圖深松鏟在進(jìn)行深松作業(yè)時(shí)，鏟尖可以看作為一個(gè)進(jìn)入土壤中的斜面所進(jìn)行的水平低速運(yùn)動(dòng),深松鏟鏟尖前方的土塊在與鏟尖進(jìn)行相互接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生剪切失效的變化。故選擇參考Soehne[22]對(duì)類似部件在與土壤相互接觸時(shí)的受力分析。圖2-10為深松鏟鏟尖與其上方的土壤的受力分析示意圖。由圖可列出以下方程式及：水平方向以及垂直方向兩個(gè)方向的受力平衡方程如式2-5、2-6所示： G?N N1(sin?式中：G為深松鏟鏟尖上方土壤的重力，N；N1為上方土壤所受鏟尖的壓力，N；N2為上方土壤受到后部法向壓力，N；β為傾斜角，取為44°；S1為土壤前端剪切失效面積，m2；C為土壤單位粘聚力，數(shù)值為68000N/m2；α為鏟尖入土角，取為23°；μ1為鏟面與土壤的摩擦系數(shù)，取為0.6；μ2為土壤間的摩擦系數(shù)，取為0.2。深松鏟鏟尖在進(jìn)行深松作業(yè)的過(guò)程中，由于其會(huì)受到位于上方的土壤對(duì)其產(chǎn)生的一個(gè)方向向下的壓力以及由于與土壤相互接觸擠壓而產(chǎn)生的摩擦力。但鏟尖與土壤之間的摩擦力較小，所以在這里不做相關(guān)分析。受力分析圖如圖2-11示：圖2-11深松鏟鏟尖受力分析圖在圖2-11中，鏟尖與土壤進(jìn)行深松時(shí)所產(chǎn)生的作用力與土壤對(duì)鏟尖產(chǎn)生的反作用力互為一對(duì)相互作用力，也就是大小相同方向相反。因此，根據(jù)鏟尖所受到土塊的作用力可得到鏟尖的受力平衡方程，如下式: F1=N由上式（2-5）、（2-6）、（2-7）可得： F1=GX式中： X=cos?α?μ然后可通過(guò)上部土塊體積計(jì)算出重量G，則: G=ρgwL2其中： d2=sin L1=cos L3=sin S1=wd(1+tan在上式中：ρ為土壤密度,取值2.5×103Kg/m3；d為深松鏟鏟尖入土深度,取值為0.3m；L2為深松鏟鏟尖對(duì)于土壤的作用長(zhǎng)度，取值為0.165m；w為深松鏟鏟尖寬度，取0.04m。對(duì)上述公式進(jìn)行整理，可將對(duì)于仿生深松鏟鏟尖實(shí)際設(shè)計(jì)的參數(shù)帶回方程式并計(jì)算出在理論上鏟尖在作業(yè)過(guò)程中所受力的大小，得到F1=1454.46N。2.4.2鏟柄分析深松作業(yè)時(shí)，鏟柄的截面部分主要作用時(shí)切削土壤。在這一節(jié)的分析中，并不對(duì)整個(gè)深松鏟的鏟面和土壤之間的相互接觸進(jìn)行相關(guān)性分析，而是只選取了進(jìn)行深松工作的鏟面上的一個(gè)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行靜力力學(xué)分析。受力分析依據(jù)Kostritsyn[23]提出的：首先，將整個(gè)深松鏟的鏟柄看作一種與直角刀形相類似的切片。同時(shí)，并把鏟柄前端所含有的刃口楔刃與鏟柄上的平行刀刃作為側(cè)鏟。鏟柄受力分析如圖2-12示：圖2-12鏟柄受力分析由圖所示的受力分析中，得到鏟柄的水平方向上的受力平衡方程： F2=2式中：N3為楔刃承受的法向力，N；N4為側(cè)鏟在進(jìn)行深松過(guò)程中被土壤所施加的的法向力，N；其具體數(shù)值與所施加給土壤的變形阻力有相關(guān)聯(lián)；δ為鏟柄楔刃的角度，數(shù)值為60°；其中： N3= N4=式中：K1為耕作土壤的變形比阻；K2則為土壤比壓；S2為設(shè)計(jì)鏟柄的楔刃面積，取7.00×10-3m2；S3為鏟柄側(cè)刃面積，取6.28×10-3m2。由上式（2-15）、（2-16）、（2-17）整理得： F2=2在上式（2-17）中，目前K1和K2數(shù)值未知。深松鏟在進(jìn)行深松作業(yè)過(guò)程中，由于切削土壤所導(dǎo)致的變形將一定程度上產(chǎn)生一定的比壓和比阻，因此可得： K1=Kel+Kpl （2-19）式中：Kpl為土壤塑性形變產(chǎn)生的應(yīng)力，N/m2；Kel為土壤彈性形變產(chǎn)生的應(yīng)力，N/m2。鏟柄在土壤中進(jìn)行深松作業(yè)時(shí)，其所產(chǎn)生的比壓僅僅發(fā)生在土壤被深松鏟擠壓而導(dǎo)致的彈性形變過(guò)程，其具體比值可以利用式（2-10）所示：Ke目前研究表明[24]，當(dāng)深松鏟的鏟柄寬度大于0.3cm時(shí)，Kel接近4500N/m2,Kpl與鏟柄寬度之間的函數(shù)關(guān)系在坐標(biāo)軸上會(huì)形成類似于雙曲線的形式，則Kpl=k/L0，其中k是常數(shù)，其值為200；L0為土壤平均變形量，計(jì)算公式如下： L0=w式中，δ1為土壤與金屬摩擦角，取40°。因此，由上式可得出K2=3897N/m2，Kpl=6896N/m2，K1=11396N/m2。通過(guò)（2-18）式，將所設(shè)計(jì)的實(shí)際尺寸帶入，可求得深松鏟鏟柄受力F2=172.5N。2.5本章小結(jié)本章通過(guò)選取熊掌的位于中間部位的爪趾作為仿生目標(biāo)和研究對(duì)象，使用MATLAB軟件sobel算子以及imread函數(shù)對(duì)于爪趾圖片進(jìn)行灰度處理以及邊緣檢測(cè)并進(jìn)行提取，進(jìn)而得到爪趾內(nèi)外輪廓曲線方程，對(duì)深松鏟鏟柄前端以及鏟尖尖部分別采用已提取的爪趾內(nèi)部和外部曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)得出兩款仿生深松鏟，分別為1號(hào)仿生深松鏟和2號(hào)仿生深松鏟。本章在國(guó)標(biāo)圓弧形深松鏟以及鑿形鏟尖的基礎(chǔ)上，確定了深松鏟的結(jié)構(gòu)尺寸以及結(jié)構(gòu)工藝，對(duì)鏟柄以及鏟尖受力進(jìn)行了理論計(jì)算。

3深松鏟運(yùn)動(dòng)過(guò)程的仿真模型的建立3.1EDEM模型離散元法（DiscreteElementMethod）可以模擬研究材料與顆粒材料之間的相互作用力與變形，以及顆粒材料間所允許存在接觸的形成與破壞[25]。DEM是以牛頓力學(xué)和庫(kù)倫力學(xué)的數(shù)值模擬技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)將離散顆粒建模并模擬其顆粒在不同立場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)和相互的作用規(guī)律進(jìn)行仿真模擬和對(duì)顆粒系統(tǒng)進(jìn)行研究與分析。離散元是指將大量的不連續(xù)的、獨(dú)立的顆粒單元體作為進(jìn)行模擬仿真的對(duì)象，能夠高效地模擬材料和顆粒之間宏觀及微觀比值的變形與更為復(fù)雜的離散系統(tǒng)的比值規(guī)律和力學(xué)性質(zhì)，所以我們尋求分析。農(nóng)業(yè)機(jī)械在進(jìn)行工作過(guò)程中的仿真研究一直以來(lái)是一個(gè)難點(diǎn)，但是離散元法能夠從微觀層面對(duì)其進(jìn)行更精細(xì)的分析，可以對(duì)仿真系統(tǒng)中較為微小的顆粒進(jìn)行更加細(xì)致的分析，極大地減少了與實(shí)際情況的偏差，使得模擬仿真所得的結(jié)果更接近實(shí)際。EDEM軟件在多個(gè)領(lǐng)域都有著極為廣泛的應(yīng)用，例如：礦業(yè)、冶金、食品加工、制藥、化工墩號(hào)農(nóng)業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域。在礦業(yè)領(lǐng)域，EDEM可以用于模擬礦山設(shè)備中礦石的流動(dòng)、碾磨和輸送過(guò)程，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并提高生產(chǎn)效率。在食品加工領(lǐng)域，EDEM可以幫助優(yōu)化粉粒體系的設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)并提高工作效率。在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域可以通過(guò)建立土壤模型，提高工作的可靠性。因此通過(guò)離散元法可以更加真實(shí)判斷出所設(shè)計(jì)的仿生深松鏟在進(jìn)行深松作業(yè)時(shí)，直觀再現(xiàn)土壤顆粒與深松鏟產(chǎn)生的相互力，運(yùn)動(dòng)情況以及土壤孔隙度的變化。在EDEM軟件中，可以設(shè)置顆粒的物理屬性，大小形狀等參數(shù)，使仿真過(guò)程更加傾向于實(shí)際，結(jié)果更具真實(shí)性。本研究利用EDEM軟件中的Hertz-MindlinwithBonding與Hertz-Mindlin(noslip)組塊建立符合東北土壤特性的土壤-秸稈-根茬離散元模型，該模型可以充分模擬玉米秸稈運(yùn)動(dòng)、玉米根茬被作用后的不同狀態(tài)。為東北地區(qū)進(jìn)行深松作業(yè)時(shí)模擬運(yùn)動(dòng)所建立的離散元模型提供參考。3.2土壤模型建立利用離散元軟件建立土壤模型，同時(shí)保證秸稈以及根茬有一定的活動(dòng)空間。離散元在仿真過(guò)程中所需設(shè)置的土槽寬度和長(zhǎng)度都需要考慮到深松鏟全部進(jìn)入土槽的距離以及深松鏟退出土槽之后并不會(huì)影響土壤運(yùn)動(dòng)的距離，同時(shí)還需滿足秸稈在長(zhǎng)度和寬度方向的運(yùn)動(dòng)距離。據(jù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，確立土槽尺寸，因此選擇土槽大小為1000mm×400mm×500mm（L×B×H），仿真中涉及的土壤模型簡(jiǎn)化為不限數(shù)量的彼此獨(dú)立球顆粒群，將每個(gè)顆粒給予物性并給予一定的質(zhì)量、慣性、速度等參數(shù)。設(shè)置土壤顆粒半徑為5mm，如圖3-1所示：(a)土壤顆粒尺寸(b)土壤間粘結(jié)鍵圖3-1土壤顆粒模型接觸模型是離散元法仿真的重要基礎(chǔ)，可以對(duì)顆粒之間的接觸力與力矩產(chǎn)生直接影響，而且對(duì)于仿真試驗(yàn)結(jié)果也存在較為顯著的影響[26]。由于東北地區(qū)土壤顆粒含有一定的彈塑性和黏附力。因此為了提高土壤仿真過(guò)程中的真實(shí)性與土壤模型的準(zhǔn)確性，土壤顆粒間的力學(xué)模型選擇為Hertz-MindlinwithBonding接觸模型。Bonding模型可以體現(xiàn)出各個(gè)顆粒之間所含有的彈塑性和粘附力等屬性，并且在Bonding模型顆粒中可以選擇設(shè)置粘結(jié)半徑來(lái)清晰反映出土壤中的含水率，能夠較好仿真出農(nóng)業(yè)機(jī)械在作業(yè)過(guò)程中土壤顆粒的破碎與變形。通過(guò)Bonding也可以生成粘結(jié)鍵，如圖2-2b所示。該粘結(jié)鍵可以承受一定的切向與法向的力與位移。當(dāng)力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)粘結(jié)鍵會(huì)發(fā)生斷裂。其中土壤含水率由粘結(jié)半徑和密度所表示，粘結(jié)半徑現(xiàn)已根據(jù)文獻(xiàn)[27]由土壤的密度和含水率的數(shù)值計(jì)算得知。為使離散元模型的參數(shù)更加符合真實(shí)情況，需不斷對(duì)仿真模型中各個(gè)參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)整。在EDEM中構(gòu)建土槽以及顆粒模型之后利用顆粒工廠命令進(jìn)行土壤顆粒填充，顆粒產(chǎn)生類型選擇數(shù)量以及不做任何限制，顆粒的出現(xiàn)位置設(shè)為隨機(jī)生成，顆粒所產(chǎn)生的速度為每分鐘50000個(gè)。在仿真過(guò)程中需要調(diào)整顆粒下落的時(shí)間步長(zhǎng)，固定時(shí)間步長(zhǎng)為需設(shè)為20%以下，為防止時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)高顆粒工廠系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰的現(xiàn)象。因此，在土壤生成過(guò)程中設(shè)為15%，并賦予土壤顆粒重力屬性。由于重力作用土壤顆粒會(huì)自動(dòng)沉降直至填滿土槽，但一次沉降所獲得土壤模型并不能清晰反映出真實(shí)情況。因此，為了使土壤顆粒間所含粘結(jié)力更加真實(shí)，選擇在土槽填滿后繼續(xù)進(jìn)行土壤顆粒的沉降，當(dāng)沉降顆粒速度小于0.1m/s時(shí)繼續(xù)填充土槽。重復(fù)進(jìn)行顆粒工廠填充土壤顆粒與穩(wěn)定土壤顆粒狀態(tài)的上述操作，直至不出現(xiàn)新生成的土壤顆粒。土壤模型其余所需參數(shù)參考文獻(xiàn)[26-28]，如表3-1所示。

表3-1土壤模型參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)數(shù)值單位土壤泊松比0.41基本參數(shù)土壤剪切模量1.24MPa土壤密度2150Kg·m-3土壤顆粒間碰撞恢復(fù)系數(shù)0.6接觸參數(shù)土壤顆粒間靜摩擦因數(shù)0.3土壤穎粒間滾動(dòng)摩擦因數(shù)0.2土壤顆粒間法向接觸粘結(jié)剛度3.4×108N·m-3土壤顆粒間切向接觸粘結(jié)剛度1.5×108N·m-3粘結(jié)參數(shù)土壤顆粒間臨界法向應(yīng)力2×105Pa土壤顆粒間臨界切向應(yīng)力6.8×104Pa土壤顆粒粘結(jié)半徑5.5mm3.3秸稈模型的建立3.3.1秸稈長(zhǎng)度及直徑的確立由參考文獻(xiàn)可知東北地區(qū)試驗(yàn)田秸稈還田長(zhǎng)度多集中于50-100mm，由玉米根部到頂部的直徑逐漸減小，玉米秸稈的直徑通常為10-30mm。通過(guò)查閱相關(guān)資料，取玉米秸稈長(zhǎng)度以及直徑的中位數(shù)分別為直徑20mm，長(zhǎng)度75mm。3.3.2秸稈模型在進(jìn)行深松作業(yè)時(shí)，秸稈受到深松鏟所產(chǎn)生的作用力后，其運(yùn)動(dòng)形式多為在三維空間內(nèi)的幾何運(yùn)動(dòng)，很少會(huì)對(duì)秸稈進(jìn)行切割[28]。本次仿真建立多個(gè)相同球面進(jìn)行堆積生成與秸稈相似的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行對(duì)于秸稈運(yùn)動(dòng)的仿真處理。為了能夠更加真實(shí)的表達(dá)秸稈的運(yùn)動(dòng)，選擇將秸稈設(shè)置為剛形體，使用EDEM力學(xué)模型中的Hertz-Mindlin(noslip)接觸模型。依據(jù)文獻(xiàn)[30]中秸稈模型參數(shù)，參數(shù)如表3-2所示。表3-2秸稈模型參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)數(shù)值單位基本參數(shù)秸稈泊松比0.40秸稈剪切模量1.00MPa續(xù)上表秸稈密度241Kg·m-3接觸參數(shù)秸稈碰撞恢復(fù)系數(shù)0.485秸稈靜摩擦因數(shù)0.142秸稈滾動(dòng)摩擦因數(shù)0.078秸稈顆粒間臨界法向應(yīng)力8.72×106N·m-3黏結(jié)參數(shù)秸稈顆粒間臨界法向應(yīng)力7.5×106N·m-3秸稈顆粒間臨界切向應(yīng)力9.6×106MPa秸稈顆粒粘結(jié)半徑6.8×106MPa秸稈顆粒黏結(jié)半徑1.79mm在本次仿真過(guò)程中使用的玉米秸稈模型為直徑為20mm，長(zhǎng)度為75mm，的多個(gè)圓球體所形成的圓柱面，秸稈的模型如圖3-2所示。選用13個(gè)直徑為20mm的單球形顆粒沿一軸線進(jìn)行堆積，令各個(gè)顆粒之間間距為4.583mm，令所形成的秸稈長(zhǎng)度達(dá)到75mm。使用Geometry中Sections下的box功能建立一個(gè)長(zhǎng)寬高與秸稈一致的柱狀體，由于土壤橫截面積較小，則設(shè)置45顆秸稈模型隨機(jī)下落。秸稈模型如圖3-2所示（a）主視圖（b）側(cè)視圖圖3-2玉米秸稈模型3.4根茬模型的建立根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于玉米根茬離散元模型的研究的深入調(diào)查，現(xiàn)存在多種玉米根茬離散元建模方法，主要方法如下：第一種方法：：通過(guò)三維軟件建立根茬幾何模型，并導(dǎo)入離散元軟件，根茬幾何模型設(shè)置為為剛性不可變幾何體，將其物理特性設(shè)置為與根茬的物理特性相同，例如：密度、泊松比、剪切模量等參數(shù)。該模型建立過(guò)程較為簡(jiǎn)單，同時(shí)，也可較為準(zhǔn)確輸出根茬的受力情況，適合模擬多種物料下根茬的仿真分析；但其仍存在一些不足，例如：EDEM仿真過(guò)程不能充分模擬根茬的破碎、變形和運(yùn)動(dòng)的情況，不能體現(xiàn)根系含水率等參數(shù)。第二種方法：基于所需建立根茬各部分平均尺寸，用多個(gè)直徑不同的小球堆積成根茬狀剛性體（一個(gè)根茬為一個(gè)顆粒），小球的材料屬性設(shè)置為根茬的屬性。根茬狀剛性體可以充分模擬根茬的運(yùn)動(dòng)，并使其與田間實(shí)際根茬形態(tài)較為一致，但是單一顆粒在仿真過(guò)程中無(wú)法模擬出根茬的變形與破碎，存在一定的局限性[29]。第三種方法：利用離散元法將顆粒進(jìn)行粘結(jié)，根茬顆粒間添加合適的接觸模型，建成根茬模型。此模型可以模擬出根茬在實(shí)際過(guò)程中的破碎與變化，具有較良好的仿真效果，更具有真實(shí)性；但此模型并不能夠充分模擬出根茬的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于顆粒直徑較小，模型建立過(guò)程較復(fù)雜，在模型建立與仿真處理時(shí)，對(duì)于計(jì)算機(jī)要求過(guò)高。綜合考慮深松鏟工作過(guò)程以及根茬—秸稈—土壤模型的建立方法，基于深松過(guò)程中根茬被深松鏟作用后的狀態(tài)，因此選用第三種方法構(gòu)建根茬模型。使用三維建模軟件solidworks2022建立根茬的空心模型，玉米根茬結(jié)構(gòu)平均尺寸經(jīng)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算可得：根茬秸稈直徑l1設(shè)為30mm；根茬根系平均直徑l2設(shè)為6mm；根茬根系幅寬l3為160mm；留茬高度h1為130mm；地表根茬高度h2為40mm。將模型導(dǎo)入EDEM軟件，并通過(guò)Geometry下的Transform調(diào)整根茬空心模型的位置，模型內(nèi)部填充根茬顆粒，設(shè)置根茬顆粒半徑為1.5mm。使用的填充方法與建立土壤模型時(shí)的方法相同，設(shè)置時(shí)間為建立模型稍后一點(diǎn)，顆粒工廠將對(duì)根茬進(jìn)行顆粒填充添加bond粘結(jié)鍵，通過(guò)粘結(jié)顆粒將更好模擬出根茬被切割和破碎的情況，如圖3-3所示:（a）根茬模型（b）根茬粘結(jié)體圖3-3根茬模型根茬模型參數(shù)參考文獻(xiàn)[26-28]，具體參數(shù)如表3-3所示。

表3-3根茬模型仿真參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)數(shù)值單位基本參數(shù)根茬泊松比0.33根茬剪切模量6.393Mpa根茬密度107.6Kg·m-3根茬碰撞恢復(fù)系數(shù)0.72根茬靜摩擦因數(shù)0.6根茬滾動(dòng)摩擦因數(shù)0.32接觸參數(shù)土壤-根茬碰撞恢復(fù)系數(shù)0.6土壤-根茬靜摩擦因數(shù)0.537土壤-根茬動(dòng)摩擦因數(shù)0.21土壤-根茬表面能10J·m-2根茬顆粒間法向接觸粘結(jié)剛度1.034×106N·m-3黏結(jié)參數(shù)根茬顆粒間切向接觸粘結(jié)剛度1.034×106N·m-3根茬顆粒間臨界法向應(yīng)力5.0×105Pa根茬顆粒間臨界切向應(yīng)力5.0×105Pa根茬顆粒粘結(jié)半徑1.7Mm3.5整體模型建立在整體模型建立的過(guò)程中首先對(duì)于根茬使用顆粒工廠命令進(jìn)行填充，設(shè)置bounding粘結(jié)鍵下落速度每秒50000，時(shí)間步長(zhǎng)為15%，下落時(shí)間0-3.5s，下沉?xí)r間為3.5-4s。根茬模型建立后建立box，調(diào)整box高度位置，建立虛擬平面，令虛擬平面與box底部高度恰為土槽高度。每秒顆粒數(shù)目為50000，使用SolidWorks2022軟件對(duì)于深松鏟幾何模型進(jìn)行建立，所使用的仿生深松鏟模型為以國(guó)標(biāo)常用圓弧型深松鏟與鑿型鏟尖為基礎(chǔ)所設(shè)計(jì)得出。深松鏟保存格式為STP ，并將已經(jīng)轉(zhuǎn)換完格式的文件導(dǎo)入EDEM軟件中，通過(guò)Geometry下的transform命令對(duì)深松鏟的位置進(jìn)行合理的調(diào)整，使進(jìn)行深松作業(yè)的深度為300mm，深松鏟的材料選作65Mn鋼。深松鏟仿真參數(shù)參考文獻(xiàn)[26-28],參數(shù)如表所示。表3-4深松鏟仿真參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)數(shù)值單位基本參數(shù)深松鏟泊松比0.3深松鏟剪切模量7.9×104MPa深松鏟密度7865Kg·m-3接觸參數(shù)深松鏟-土壤碰撞恢復(fù)系數(shù)0.6深松鏟-土壤靜摩擦因數(shù)0.6深松鏟-土壤滾動(dòng)摩擦因數(shù)0.05深松鏟-根茬碰撞恢復(fù)系數(shù)0.6深松鏟-根茬靜摩擦因數(shù)0.51深松鏟-根茬動(dòng)摩擦因數(shù)0.02深松鏟-秸稈碰撞恢復(fù)系數(shù)0.30深松鏟-秸稈靜摩擦因數(shù)0.30深松鏟-秸稈動(dòng)摩擦因數(shù)0.01整體模型由深松鏟，土壤，根茬，秸稈四部分組成，根茬模型距離土槽一側(cè)距離為200mm，位于土槽中心，秸稈位置落于土槽上方，根茬為深松鏟工作位置為土壤中心位置，且勻速直線運(yùn)動(dòng)。依據(jù)田間實(shí)際和所探索的秸稈運(yùn)動(dòng)情況，秸稈在壟臺(tái)平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，可劃分為兩大類：根茬周圍運(yùn)動(dòng)、純土壤環(huán)境運(yùn)動(dòng)，本文主要考慮根茬周圍運(yùn)動(dòng)的模型，即深松鏟-土壤-秸稈-根茬。3.6本章小結(jié)本章通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)模擬真實(shí)東北地區(qū)玉米地得土壤則稱情況，對(duì)深松鏟和土壤模型中不同顆粒得本征參數(shù)以及接觸參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，土壤顆粒與土壤顆粒之間選擇使用粘結(jié)接觸模型bonding來(lái)搭建粘結(jié)鍵真實(shí)反映土壤顆粒的含水率等參數(shù)，接觸模型選用Hertz-Mindlin（noslip）模型。

4深松鏟離散元仿真實(shí)驗(yàn)分析4.1深松鏟仿真實(shí)驗(yàn)方案本實(shí)驗(yàn)選取的影響因素為深松鏟的作業(yè)速度，耕作深度以及深松鏟的類型。由于仿真計(jì)算軟件的一致性，此仿真不需要重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)。當(dāng)耕作深度為300mm時(shí)，作業(yè)速度為1.0m/s的作業(yè)條件下1號(hào)仿生深松鏟，2號(hào)仿生深松鏟與國(guó)標(biāo)深松鏟進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)與仿真。1號(hào)仿生深松鏟在EDEM文件中編號(hào)為FS-1，同理2號(hào)為FS-2,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)目前使用深松鏟命名GB。將已經(jīng)另存為“.STEP”格式的深松鏟模型導(dǎo)入EDEM軟件，深松的前進(jìn)方向?yàn)閄軸的正方向，重力方向?yàn)閆軸的負(fù)方向，如圖4-1所示（a）FS-1進(jìn)行深松作業(yè)仿真（b）FS-2進(jìn)行深松作業(yè)仿真（c）GB進(jìn)行深松作業(yè)仿真圖4-1仿真示意圖在土壤進(jìn)行深松過(guò)程中，明顯在仿真過(guò)程中由于深松鏟的不斷前移，土壤出現(xiàn)了堆積以及松動(dòng)的現(xiàn)象，秸稈在深松鏟前移過(guò)程中會(huì)對(duì)深松鏟產(chǎn)生一定阻力4.2深松鏟的耕作阻力使用EDEM2018進(jìn)行仿生深松鏟在深松條件下的仿真實(shí)驗(yàn)，在EDEM中可以將在進(jìn)行深松作業(yè)的過(guò)程中深松鏟所受到來(lái)自于土壤顆粒在所被施加方向?yàn)閄軸與Z軸方向的阻力。這兩個(gè)阻力即為深松鏟在深松過(guò)程所受到的牽引力和垂直力，力的方向與X軸、Z軸正方向相反，故在圖像中力的值為負(fù)。牽引力和垂直力作為土壤與農(nóng)業(yè)機(jī)具相互接觸的兩個(gè)重要參數(shù)，分別對(duì)于工具的牽引功率需求和土壤滲透能力起到?jīng)Q定作用[30]。本文主要研究仿生深松鏟對(duì)于牽引力的降阻效果。在深松鏟進(jìn)入土槽后，犁底層的土壤顆粒受到深松鏟進(jìn)行深松作業(yè)過(guò)程所產(chǎn)生的剪切與擠壓的作用，將會(huì)形成連續(xù)的裂縫，顆粒彈性變形以及土壤的斷裂的形式，由于深松鏟鏟柄處的前刃在土壤產(chǎn)生的剪切作用力以及直鏟柄段的擠壓作用力的作用下將會(huì)令土壤進(jìn)一步的破裂、松碎[31]，仿真過(guò)程中為清晰展示土壤松碎過(guò)程選擇將實(shí)體模型已隱藏故不能清晰看見(jiàn)深松鏟所在位置。如圖4-2所示：（a）x軸方向觀測(cè)（b）y軸方向進(jìn)行觀測(cè)圖4-2土壤松碎過(guò)程土壤顆粒在鏟尖的法向方向和圓弧部分的方向被頂起，并在此過(guò)程中土壤給深松鏟施加一個(gè)推力，然后土壤顆粒就會(huì)進(jìn)入一種非彈性階段的過(guò)程，直到達(dá)到變形的極限，這時(shí)阻力趨于一個(gè)穩(wěn)定波動(dòng)的狀態(tài)。而在重力的作用下位于深松鏟后方的土壤，則隨著深松鏟的水平前進(jìn)而下落，回填壟溝[32]。述數(shù)據(jù)主要考慮深松鏟從入土-挑起根茬-水平位移至下一根茬處阻力。FS-1具體x方向阻力數(shù)據(jù)分析如圖4-3所示：圖4-3FS-1x軸方向所受阻力示意圖由圖可知FS-1在入土后阻力不斷上升逐漸進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定階段，碰到根茬時(shí)，深松鏟將根茬彈開(kāi)，故阻力瞬間增大。但由于土壤模型建立時(shí)無(wú)法忽略殼體對(duì)于阻力造成的影響，故對(duì)于最大值變化不計(jì)。但仍沿x軸方向所受阻力不斷增大最后進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定階段。最終阻力穩(wěn)定在800N左右。FS-1具體z方向阻力數(shù)據(jù)分析如圖4-4所示：圖4-4FS-1在z方向所受力變化示意圖FS-1在z軸方向上阻力不斷上升，但由于深松鏟將根茬挖出，故在在圖像中產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，將根茬彈出后阻力穩(wěn)定在525N左右。FS-2具體x方向阻力數(shù)據(jù)分析如圖4-5所示：圖4-5FS-2x軸方向受力圖FS-2具體z方向阻力數(shù)據(jù)分析如圖4-6所示：圖4-6FS-2z軸方向受力圖FS-2深松鏟在進(jìn)行深松工作時(shí)x軸水平方向所受最終阻力穩(wěn)定在800N左右，與FS-1相比阻力有部分提升。但在z軸方向上彈開(kāi)根茬后所受為380N左右。與FS-1相比有減小。國(guó)家目前常用深松鏟的X，Z方向阻力分析如圖4-7，圖4-8所示：圖4-7目前常用深松鏟x軸受力折線圖圖4-8目前常用深松鏟z軸方向所受力通過(guò)數(shù)據(jù)分析折線圖所示可清晰得到當(dāng)深松鏟進(jìn)入土壤，阻力有一定幅度波動(dòng)的穩(wěn)定上升狀態(tài)，土槽建模形成于7.94s給予國(guó)標(biāo)深松鏟直線水平速度為1m/s，在工作深松鏟在x軸方向深松作業(yè)0.42s時(shí)由剛觸碰土壤到開(kāi)始接觸根茬，在碰到根茬時(shí)由于彈性變形，阻力回先進(jìn)行會(huì)降。但隨著作業(yè)距離的提升需將根茬彈開(kāi)，所以阻力會(huì)迅速增大，受力幅度變化較大。同時(shí)，z軸上受力由于深松鏟往前進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，隨著進(jìn)入土壤的面積越來(lái)越多，承受z軸方向土壤的重力也逐漸增加。當(dāng)碰到根茬時(shí)受力沿z軸方向激增，一段時(shí)間后深松鏟將根茬彈開(kāi)，z軸方向阻力便迅速減小。4.3土壤的孔隙度孔隙度與土壤的通氣性有直接的聯(lián)系。土壤的孔隙度高，則土壤可以容納更多的氣體。同時(shí)提高土壤的通氣能力降低氣體阻力。使更多的氧氣進(jìn)入間隙，促進(jìn)植物根系的生長(zhǎng)。而土壤的孔隙度低與高孔隙度土壤恰恰相反，不能夠?yàn)橹参锔堤峁┝己玫纳L(zhǎng)環(huán)境。而深松的主要作用就是打破位于土壤深處的犁底層來(lái)提高土壤的透氣度，使更多氧氣進(jìn)入土壤間隙，促進(jìn)植物根系的生長(zhǎng)。為了獲取相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，在EDEM軟件的后處理頁(yè)面中可以添加Voidage來(lái)選定區(qū)域內(nèi)土壤孔隙度的大小取值。但EDEM2018中無(wú)法導(dǎo)出土壤孔隙度相關(guān)變化的數(shù)據(jù)只能查看某一時(shí)刻檢測(cè)區(qū)域內(nèi)孔隙度的值，如圖4-9所示：圖4-9深松作業(yè)過(guò)程中查看土壤孔隙度而較新版的EDEM2022中可以導(dǎo)出相關(guān)的孔隙度數(shù)據(jù)以及折線圖。故將已仿真結(jié)束的模型用EDEM2022重新設(shè)置檢測(cè)區(qū)域和相關(guān)參數(shù)。通過(guò)EDEM仿真分析，在后處理頁(yè)面可以直接提取出各個(gè)深松鏟對(duì)于土壤孔隙度變化的折線圖，F(xiàn)S-1如圖4-10所示:圖4-10FS-1深松鏟深松作業(yè)后孔隙度變化圖如圖所示可以清晰看出經(jīng)過(guò)FS-1深松作業(yè)后的土地的孔隙度由40.78-57.47，土壤孔隙度有了明顯改變?cè)谌胪灵_(kāi)始階段，由于深松鏟的擠壓土壤孔隙度有一個(gè)短暫的降低，但隨著工作時(shí)長(zhǎng)的增加孔隙度逐漸增加。FS-2深松鏟作業(yè)后對(duì)于土壤的孔隙度的影響如圖4-11所示：圖4-11FS-2深松鏟深松作業(yè)后孔隙度變化圖目前國(guó)家常用深松鏟對(duì)于土壤的孔隙度的影響示意圖如圖4-12所示：圖4-12GB深松鏟深松作業(yè)后孔隙度變化圖據(jù)圖所知，明顯仿生深松鏟2號(hào)對(duì)于土壤孔隙度的變化更加平緩且可以得到更高孔隙度的土壤，GB深松鏟將土壤孔隙度提升至55.54，F(xiàn)S-1在經(jīng)過(guò)根茬后土壤孔隙度可以從40升至57.47，而2號(hào)仿生深松鏟可以將土壤的孔隙度從40升至62.1的同時(shí)曲線更加平滑，明顯減少了對(duì)于土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損害，為土壤提高了透氣性的同時(shí)也令根系有了更加優(yōu)良的生長(zhǎng)環(huán)境。2號(hào)仿生深松鏟與1號(hào)仿生深松鏟相對(duì)比得出：2號(hào)深松鏟有著更加優(yōu)良的對(duì)于土壤的擾動(dòng)能力。兩款仿生深松鏟與國(guó)家目前常用深松鏟相比對(duì)于孔隙度都有不同程度的提升。4.4本章小結(jié)本章將設(shè)計(jì)的兩款仿生深松鏟與國(guó)標(biāo)深松鏟進(jìn)行了深松作業(yè)時(shí)的仿真模擬獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于兩款深松鏟水平以及垂直方向的阻力測(cè)定選擇工作時(shí)長(zhǎng)為0.627s時(shí)，深松鏟彈開(kāi)根茬后水平阻力相差不大但與國(guó)標(biāo)深松鏟相比有著明顯的改善。在工作0.627s時(shí)垂直方向上2號(hào)深松鏟z軸受力小于1號(hào)深松鏟的。故垂直方向受力更小。也得出深松鏟得深松效果參數(shù)及孔隙度的對(duì)比為2號(hào)仿生深松鏟＞1號(hào)仿生深松鏟＞國(guó)標(biāo)深松鏟。兩款深松鏟與目前國(guó)家常用深松鏟在阻力以及孔隙度方面都有較為明顯的改善。通過(guò)對(duì)比2號(hào)深松鏟比1號(hào)深松鏟的性能更加優(yōu)異。

5結(jié)論與展望5.1結(jié)論本文以熊的爪趾作為研究對(duì)象進(jìn)行研究，熊的爪趾通過(guò)前臂的擺動(dòng)提供動(dòng)力，爪趾尖部直接入土，通過(guò)前臂的位移爪趾隨之移動(dòng)打碎土壤。利用MATLAB相關(guān)函數(shù)、sobel算子以及曲線擬合器工具箱對(duì)于熊的爪趾的內(nèi)外側(cè)曲線圖片進(jìn)行灰度處理以及輪廓曲線的提取，研究并設(shè)計(jì)了兩款基于內(nèi)外曲線的仿生深松鏟。對(duì)深松鏟進(jìn)行深松作業(yè)使用離散元仿真與分析，與現(xiàn)有國(guó)家常用深松鏟數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究減阻效果以及對(duì)于土壤孔隙度的影響。主要結(jié)論如下：（1）對(duì)于仿生學(xué)與農(nóng)業(yè)機(jī)械相結(jié)合的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的資料進(jìn)行闡述，介紹深松鏟的主要部件的作用以及工作原理。結(jié)合已有文獻(xiàn)選定自己的研究方向：以東北地區(qū)玉米秸稈-根茬的黑土地為研究背景，設(shè)計(jì)出一款仿生深松鏟。（2）通過(guò)MATLAB軟件擬合出相關(guān)曲線，以國(guó)標(biāo)深松鏟作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，結(jié)合仿生曲線繪制深松鏟的前刃以及鏟尖部位，確定耕作深度為300mm，耕作長(zhǎng)度為250mm等參數(shù)得到兩款仿生深松鏟并進(jìn)行靜力學(xué)理論分析。（3）通過(guò)EDEM模擬東北種植玉米的黑土地的土壤模型，作業(yè)條件為1m/s，作業(yè)深度為300mm時(shí)，分別對(duì)于深松鏟進(jìn)行仿真對(duì)比，通過(guò)數(shù)據(jù)處理得出仿生深松鏟在工作過(guò)程中的合理性。通過(guò)仿真結(jié)果表明2號(hào)仿生深松鏟在對(duì)土壤進(jìn)行擾動(dòng)的過(guò)程會(huì)令土壤擁有更大的孔隙度更利于根系生長(zhǎng)，但其在x軸方向上得工作阻力明顯大于1號(hào)仿生深松鏟的工作阻力。由于深松鏟是用動(dòng)力機(jī)械進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這就意味著更大的工作阻力往往與需要更多的經(jīng)濟(jì)成本。故1號(hào)仿生深松鏟有更大的優(yōu)勢(shì)。所設(shè)計(jì)的仿生深松鏟與國(guó)家目前常用深松鏟的工作阻力相比有著明顯的降阻效果。5.2展望本文主要研究的是提取熊爪的部分輪廓曲線，側(cè)重點(diǎn)為在爪趾這個(gè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改良而對(duì)減阻與深松效果的提升。（1）本文只分別提取出爪趾的內(nèi)外輪廓曲線與深松鏟相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)，在深松鏟設(shè)計(jì)時(shí)為了更加便于制造，僅將提取的內(nèi)側(cè)或是外側(cè)曲線進(jìn)行對(duì)稱處理和比例換算直接應(yīng)用。并未完整提取出僅僅爪趾尖端的輪廓曲線，所以還可以對(duì)其直接進(jìn)行提取應(yīng)用于深松鏟鏟尖部位，設(shè)計(jì)出更加減阻的深松鏟甚至其他觸土的農(nóng)業(yè)機(jī)具上。（2）熊的爪趾是由前臂帶動(dòng)挖掘土壤，對(duì)于實(shí)地勘測(cè)需要進(jìn)行挖掘的仿生機(jī)器人提供了一定的參考意義。參考文獻(xiàn)[1]馬躍進(jìn)，王安，趙建國(guó)，等．基于離散元法的凸圓刃式深松鏟減阻效果仿真分析與試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019：35(03)：16-23．[2]張璐．深松鏟減阻技術(shù)研究[D]．長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2013：5-6．[3]吳瑞蓮，徐敏．土壤機(jī)械化深松技術(shù)研究及改進(jìn)對(duì)策[J]．農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2019，45(03)：60-62．[4]王志窮，王維新，李霞，等．保護(hù)性耕作條件下深松技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2016，038(006)：253-258.[5]LiB,LiuFY,MuJY,ChenJ,HanWT.2014.Distinctelementmethodanalysisandfieldexperimentofsoilresistanceappliedonthesubsoiler.InternationalJournalofAgriculturalandBiologicalEngineering,7(1):54-59.[6]TongJ,MoayadBZ.Effectsofrakeangleofchiselploughonsoilcuttingfactorsandpowerrequirements:Acomputersimulation.Soil&TillageResearch,