基于离散元法的三七仿生挖掘铲设计与试验

作     者：张兆国 薛浩田 王一驰 解开婷 邓寓轩 ZHANG Zhaoguo;XUE Haotian;WANG Yichi;XIE Kaiting;DENG Yuxuan

作者机构：昆明理工大学现代农业工程学院昆明650500 云南省高校中药材机械化工程研究中心昆明650500 

基　　金：国家自然科学基金项目(51865023) 云南省重大科技专项(2016ZF001) 云南省高校工程研究中心建设计划项目 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2022年第53卷第5期

页      码：100-111页

摘      要：为减小三七收获过程中的挖掘阻力,以三七根茎及种植土壤为研究对象,测定本征物理参数,设置Bonding键参数建立三七根茎的离散元模型,分析根土粘结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎种植土壤离散元复合模型;建立并分析挖掘铲的理论力学模型,确定仿生挖掘铲设计尺寸(长×宽×厚)为:360 mm×150 mm×8 mm、入土角30°、铲尖半角60°;采集野猪头三维模型的点云数据,确定仿生铲的结构曲线方程,建立仿生挖掘铲的三维模型;开展仿生挖掘铲与平面挖掘铲的仿真对比试验,追踪颗粒位移流向得平均位移以及平均挖掘阻力,分析颗粒的速度矢量明晰了挖掘铲面的减阻机理,得仿生挖掘铲的仿真试验减阻率为19.15%;利用高速摄影和阻力采集设备开展土槽试验,结果表明土壤颗粒流向与仿真趋势一致,仿生挖掘铲和平面挖掘铲的平均挖掘阻力为1207.23、1594.49 N,仿生挖掘铲减阻率为24.29%,与仿真试验减阻率十分接近,验证了离散元模型准确可靠、挖掘铲力学模型构建准确,仿生结构设计合理。

主 题 词：三七根茎 仿生挖掘铲 离散元法 挖掘机理 

学科分类：0831[工学-公安技术类] 1002[医学-临床医学类] 0828[工学-建筑类] 08[工学] 0818[工学-交通运输类] 0903[农学-动物生产类] 0805[工学-能源动力学] 

核心收录：

D　O　I：10.6041/j.issn.1000-1298.2022.05.011

馆 藏 号：203112053...