本文针对开沟装置作业阻力大的技术瓶颈和种沟构建质量差等开展仿生学研究,以土壤挖掘动物兔子为仿生原型,研究其可在不同的土壤环境下进行高效挖掘的功能机理,建立兔子高效挖掘机理与开沟装置之间的特征关联,完成对单圆盘式开沟器设计参数的仿生优化,进而设计出仿生高速减阻开沟装置,具体研究内容如下:1)仿生原型分析与仿生开沟装置设计将兔子作为生物原型,提取兔爪的表面结构与运动方式特征,并基于其生物学特征设计三种仿生开沟器。提取兔子前爪的轮廓曲线,将前爪的轮廓曲线应用到单圆盘开沟器的开沟刃面上,设计出高速仿生开沟器;根据兔子挖掘时肌肉收缩运动状态设计能够改变工作曲率的动态仿生机构,并将其与高速仿生开沟器进行结合,设计出高速动态仿生开沟器和圆盘式高速动态仿生开沟器。通过以挖掘土壤的开沟方式代替传统开沟器挤压土壤开沟,从而减小工作阻力。2)仿生开沟装置作业性能仿真试验与分析利用EDEM离散元软件对传统单元盘开沟器与设计的三种仿生开沟器进行仿真对比分析。减阻性能分析:工作阻力由大到小依次为:传统单元盘开沟器、高速仿生开沟器、高速动态仿生开沟器、圆盘式高速动态仿生开沟器。当作业速度一定时,减阻率会随着作业深度的增大而上升;当作业深度一定时,作业速度对高速仿生开沟器的减阻效果不存在显著影响,而其余两种仿生开沟器的减阻效果会随着作业速度的增大而增强;其中,圆盘式高速动态仿生开沟器在作业速度12km/h,作业深度为70mm时,减阻效率达到最大值17.45%。种沟构建性能分析:传统单圆盘开沟器对土壤扰动宽度最大,高速动态仿生开沟器和圆盘式高速动态仿生开沟器对土壤的扰动宽度相差不大,且均小于传统单圆盘开沟器和高速仿生开沟器。在形成种沟时,传统单圆盘开沟器、高速动态仿生开沟器和圆盘式高速动态仿生开沟器形成的种沟沟底较为平滑,高速动态仿生开沟器形成的种沟沟底不平,不符合构建种沟的要求。3)仿生开沟装置土槽验证试验基于仿真试验结果,对符合种沟要求的三种开沟器进行土槽试验,测试三种开沟器在不同作业速度和深度下的工作阻力,以及各因素下开沟器对土壤的扰动量等参数进行测量。试验结果表明:三种开沟器工作阻力均随着作业深度的增大而上升,单圆盘开沟器和高速仿生开沟器的减阻效果不随作业速度的增加而产生显著变化,圆盘式高速动态仿生开沟器的减阻效果随着作业速度的增加而增大。通过土槽试验验证了仿真结果的准确性。本文设计的圆盘式高速动态仿生开沟器相较于传统单元盘开沟器在工作时有良好的减阻效果,这为未来开沟器的仿真与研发提供了技术支持和方法。