基于离散元法的深松铲耕作阻力的仿真与试验研究

深松铲是农业深松作业时的主要工作部件，铲尖是其中磨损最严重的部分。据课题组调查，同样工作条件下，国内铲尖工作寿命仅为进口铲尖工作寿命的1/6～1/5。虽然国外进口的铲尖具有较好的耐磨性，但价格一般为国产价格的十几倍。因此为提高深松铲的减阻耐磨以达到更理想的作业状况，对深松铲尖工作过程中的运动状况以及耕作阻力进行分析研究是十分重要的。 本论文以深松铲为研究对象，在模拟中采用Pro/e进行深松铲的三维的边界模型建模，应用离散元仿真分析软件EDEM模拟深松铲在不同工作速度、不同耕作深度、不同入土角度下的工作过程，获得铲尖在水平方向和垂直方向受到的阻力的大小和变化趋势。对数值结果进行分析，深松铲工作速度和铲尖入土的角度一定时，耕作的深度越深，深松铲的耕作阻力越大；深松铲工作速度和耕作深度一定时，铲尖入土的角度越大，深松铲受到的耕作阻力越小；铲尖入土的角度和耕作深度一定时，深松铲的耕作速度越大，受到的耕作阻力就越大。 通过田间单因素试验来验证离散元法模拟的正确性，试验由动力设备、深松机构和数据采集系统构成。并对数据结果进行了正交分析，获得影响水平和垂直耕作阻力的主次因素均为：B（耕作深度）影响最大，其次为A（工作速度），影响最小的是C（入土角度）。水平阻力最优水平为：B1A1C1，即工作速度4.5km/h、耕作深度30cm、入土角度30°时水平阻力最小。垂直阻力最优水平为：B1A1C3，即工作速度4.5km/h、耕作深度30cm、入土角度60°时垂直阻力最小。 最后将仿真结果与试验结果进行了对比分析，两者的变化趋势保持一致。仿真数值均小于田间试验数值，数值结果的误差在5%～15%之间。验证了离散元法仿真模拟的可行性和可靠性，为深松铲等农机触土部件的耐磨研究和优化设计提供一种新方法，其仿真结果对今后新机具的开发设计有一定的参考意义。