近日，機(jī)械與電子工程學(xué)院苑進(jìn)教授團(tuán)隊在《Computers and Electronics in Agriculture》在線發(fā)表了題為“Parametric analysis and numerical optimisation of spinach root vibration shovel cutting using discrete element method”的研究論文。鄒亮亮講師為該論文的第一作者，苑進(jìn)教授為該論文的通訊作者。

破土鏟根是菠菜整株收獲的首要環(huán)節(jié)，鏟根過程決定了菠菜植株的運動狀態(tài)、土壤破碎等根土復(fù)合運動形態(tài)以及夾持拔取力，關(guān)聯(lián)夾持環(huán)節(jié)，從而對菠菜收獲時的機(jī)械損傷產(chǎn)生影響，因而需要對破土鏟根過程進(jìn)行深入研究。根-土壤-鏟刀之間的相互作用是研究破土鏟根過程的核心問題，但由于根-土壤-鏟刀之間的相互作用十分復(fù)雜，所以需要對鏟切過程進(jìn)行微觀和宏觀分析。目前國內(nèi)外對土壤與機(jī)具之間的相互作用關(guān)系進(jìn)行了大量的研究，普遍采用離散元方法對其研究并取得較好的效果。但是根-土-機(jī)具互作研究較少，特別是根土復(fù)合鏟切過程。

為了明晰根土復(fù)合鏟切機(jī)理，課題組建立了根土鏟振動鏟切力學(xué)模型，采用Hertz-Mindlin with Bonding模型分析了土壤顆粒間的粘結(jié)作用，明確了土壤破碎的邊界條件，并采用振動鏟切的形式來加速土壤的破碎。根-土壤-鏟刀之間的相互作用是研究破土鏟根過程的核心問題，采用了離散元方法對根土鏟切過程進(jìn)行了微觀分析。分別建立了土壤、根和根土接觸模型，并對相應(yīng)模型進(jìn)行了參數(shù)標(biāo)定，在此基礎(chǔ)上建立了根土復(fù)合振動鏟切模型，對振動鏟切過程進(jìn)行了研究。對根土復(fù)合振動鏟切過程進(jìn)行了仿真分析，研究了振動鏟切參數(shù)作業(yè)效果的影響規(guī)律。以鏟切速度、振動頻率、振動幅度作為試驗因素，開展三因素三水平正交旋轉(zhuǎn)組合優(yōu)化試驗，最終確定了最優(yōu)鏟切工作參數(shù)。通過對根土復(fù)合鏟切過程進(jìn)行微觀分析可以探究鏟切機(jī)理，為菠菜機(jī)械化設(shè)計提供了合理的依據(jù)。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金青年基金項目和面上基金項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compag.2023.108138

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波