深松铲错位布置对土壤扰动影响的仿真与试验研究

深松铲的布置方式对土壤的扰动效果和阻力能耗有较大影响。针对深松铲布置形式多样,缺乏铲距布置微观机理研究等问题,通过离散元仿真、数字化土槽试验和大田试验相结合的方法,研究深松铲错位布置对土壤扰动行为的影响,为深松铲的优化布置提供决策依据。(1)土壤物理参数的测量以及相关边界模型的建立。通过烘干法、快剪试验、筛分等方法获取土壤的密度、含水量、质地、抗剪强度等物理参数,在此基础上,设置相应的土壤参数和接触参数,建立土壤颗粒边界模型和深松铲模型,为离散元仿真模型的建立提供基础。(2)深松铲错位与同排布置对土壤扰动的仿真与试验对比研究。以土壤扰动系数、土壤蓬松度、深松比阻、铲前堆积角为评价指标,借助离散元仿真分析方法对错位与同排布置下深松作业时土壤的扰动过程、土壤扰动量、扰动速度进行对比分析,通过土槽试验验证仿真的准确性。结果表明:深松铲错位布置可充分释放深松铲对土壤的扰动作用,避免铲间区域土壤互作用力的无效抵消,减少耕作时的土壤堆积,降低耕作阻力,提高作业效果。(3)错位布置深松铲横向与纵向铲距变化对土壤扰动行为的影响。借助离散元仿真分析方法对错位布置深松铲铲间土壤扰动量和扰动速度随横向铲距和纵向铲距的变化规律进行研究,识别铲距变化对铲间土壤扰动的影响。结果发现:随着横向铲距的增大,铲间土壤的扰动量逐渐变小,X方向、Y方向的运动速度逐渐减小,Z方向的运动速度逐渐增加。随着纵向铲距的增大,土壤的扰动量和X方向的运动速度呈先增大后减小的变化趋势,Y方向和Z方向的运动速度呈先减小后增加的变化趋势。(4)错位布置深松铲铲距的优选。为分析错位布置深松铲铲距变化对耕作效果的影响,对不同横向和纵向铲距的深松铲进行田间试验,优选出最优深松铲布置方案。结果表明,随着横向铲距的增大,土壤扰动面积逐渐变大,耕作阻力先减小后增大;随纵向铲距的增加,土壤扰动面积差异不大,耕作阻力呈先减小后增大的变化规律。当横向铲距和纵向铲距为35cm和30cm时耕作比阻最小。