仿生深松铲发展现状与展望

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1、2015年2月农机化研究第2期仿生深松铲发展现状与展望李磊，张荣英，陈海燕(邢台职业技术学院，河北邢台054035)摘要:针对仿生深松铲的研究发展现状，综合分析了相关文献，讨论了仿生深松铲的设计过程。结合现有研究情况，指出了以往研究中存在的问题以及在深松铲设计过程中需要解决的问题。在此基础上，提出了未来仿生深松铲的发展趋势，即在仔细分析自然界中动物的基础上采用计算机辅助优化设计方法，应用多种仿真手段进行分析，并进行田间的进一步验证。关键词:深松铲;仿生;现状;展望中图分类号:S233．1文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)02－0265－04DO

2、I:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.063这为人类提供了模仿与参照的对象。深松作业是机0引言械与土壤的相互作用，土壤动物由于长期在土壤环境长久以来，我国广泛采用传统的翻耕技术，然而中生存，逐步适应了自然环境，其结构也进化成了适许多发达国家的研究和实践都表明:传统翻耕在带来应土壤环境的结构。因此，研究者可将动物的相关结好处的同时会造成更大的危害，需要引起注意。例构运用于深松铲结构的改进上，设计出耕作阻力小、如，翻耕这种单一的耕作方法会加剧土壤的风蚀与水深松效果好的深松铲，这对于深松铲的推广应用有着蚀，容易破坏地表植被。另外，许多国家因为过度

3、的巨大的作用。翻耕导致了土壤肥力和作物产量严重下降，各种自然1深松铲研究现状灾害频发。为此，发达国家提出了保护性耕作的概念，即免耕和少耕，尽量减少土层翻动，保持适当作物1．1深松铲结构优化研究［1－2］残茬覆盖。许多研究者采用各类不同方法进行了深松铲结［4］深松作业是保护性耕作中一项重要内容，其好处构改进方面的尝试。赵大为对深松铲柄采用In-如下:可以打破坚硬的犁底层，加深耕层;可以改善土ventor进行三维建模，采用有限元进行了分析，对应壤的结构;可以疏松土壤，便于雨水流入，防止雨水流力、变形以及最小安全系数进行了校核;通过反复建失，从而大大地提高了土壤的蓄水能

4、力;在疏松土壤模与分析，可以实现快速优化设计，最终获得满意的［5－6］的同时提高了土壤通透性，便于与外界交换气体，改深松铲柄模型。徐天月对6种深松铲进行田间试善了作物的生长环境，大幅提高产量。验，分析发现:只有一种抛物线型深松铲在工作中受深松技术在国内外已经开始广泛应用，并且在耕到的阻力最小，其设计也较为合理、结构简单。陈［7］作中发挥着巨大的作用。然而，深松过程中也存在着坤在国家标准深松铲柄的基础上设计了后掠式弧［3］一些问题，如工作阻力大及耗能过多等。这对深松型深松铲。其根据上部垂直部分左边垂直线与下部作业的推广产生了阻碍作用，尤其随着耕深和耕速的圆弧部分的上

5、边切线形成的后掠角的不同，应用三维增加，耕作阻力会大幅增加。因此，减小耕作阻力、提软件设计了深松铲的7个三维图，运用计算机对相关高耕作质量成为了研究的重点。部件进行了Ansys有限元分析，并得到最优化制造参近年来，很多研究者对深松铲的结构进行了改数。结果显示，后掠角为30°～60°时，深松阻力最小;进，应用仿生学原理进行改进的研究也有很多。自然在对田间试验测得的数据进行分析之后，得出后掠式界中的动物在长期的进化过程中形成了优良的结构，弧形深松铲柄在后掠角α=50°时深松阻力最小，得［8］到了最优形状深松铲柄。王宏立等采用ANSYS对收稿日期:2014－03－01铲

6、柱和铲尖的应力和变形进行了分析，结果表明:梯基金项目:河北省科技厅科技支撑计划项目(13227122)形和三角形截面铲柱的强度刚度能达到设计要求，铲作者简介:李磊(1979－)，男，西安人，本科学生，(E－mail)1964745423@qq．com。尖也符合要求。通过对应力的分析，指出可能的失效·265·2015年2月农机化研究第2期［9］部位，为今后进一步的改进提供了依据。周玉乾等仅进行了仿真，没有进行田间验证性试验，很难说明对直腿式铲柄和弯曲式铲柄的受力情况进行了模拟、真实的减阻效果。［12］分析和比较，得出结论为:在侧宽、刃倾角等参数相同郭志军等将田鼠爪趾

7、内轮廓线按比例放大以的情况下直腿式铲柄的受力要较小一些，小的程度由后作为仿生松土部件的触土面准线，再以椭圆抛物线弯曲式铲柄的弧半径来确定;对于弯曲式铲柄，随着为母线扫过此准线形成了所设计的切削曲面，并制作弧半径的增加，阻力成减少的趋势。了一种仿生弯曲型松土部件。其在土槽中进行了研1．2仿生深松铲究试验，数据采集及处理系统分别为PCM－3132型数仿生深松铲研究方面，国内进行了大量研究，本据采集及AUTOTEST数据记录处理系统。试验时，通文重点介绍国内最近几年的研究情况。过对土槽中土壤硬度及含水量的控制来保证每次试很多与土壤长期接触的动物，在千百年的进化过验中土壤

8、的机械性能