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花生是中国主要的油料作物之一,在竞争力激烈的创汇农产品中占有主要地位。中国花生机械化收获水平与发达国家之间有一定差距,在花生挖掘过程中减阻和提高碎土性具有重要意义。本文通过对中国典型花生挖掘铲类型比较分析基础上,并基于花生挖掘铲在挖掘工作中需要克服土壤阻力、花生主根的剪切力及对花生果柄发生扰动而引起掉果的影响,以农花16、花育20、铁引花2号等三个花生品种为试验样本进行试验,利用仿生反向工程原理获取蝼蛄前足第一趾爪信息,对花生挖掘铲进行仿生设计与分析。所设计的仿生蝼蛄花生挖掘铲具有降低挖掘阻力、提高收获效率降低损失的效果。主要的研究内容和结论归结如下:(1)花生植株物理机械特性研究通过对果柄不同部位接点处的抗拉强度试验,得出柄果接点处的抗拉强度最小,最易断裂而发生掉果;通过对花生主根抗拉强度试验,得出农花16抗拉强度最大,对花生挖掘铲工作的拉伸阻力最大;通过对花生主根抗剪切强度试验,得出铁引花2号的抗剪切强度最大,对花生挖掘铲工作的抗剪切阻力最大。(2)土壤物理机械特性研究通过对花生所生长的土层位置土壤含水率、土壤密度进行测量,得出土层深度为10cm~15cm处土壤含水率为14.51%,土壤的密度为1.89g/cm3;通过对碎土形式研究,得出楔面作用下碎土效果最好,对花生果柄扰动影响最小。(3)对挖掘铲进行静力学分析与仿真将蝼蛄前足第一趾爪作为挖掘铲设计的仿生对象,获取其轮廓点信息作为设定仿生挖掘铲的参数。利用SolidWorks软件对仿生挖掘铲和普通挖掘铲建模与静力学分析,得出在相同载荷下仿生挖掘铲底部受到的最大应力为7.01x10~7(N/m2),普通挖掘铲为1.07x10~8(N/m2)。说明在相同载荷下仿生挖掘铲的底部应力远小于普通挖掘铲,性能更优越;利用EDEM软件对仿生挖掘铲和普通挖掘铲在不同速度下进行离散元仿真挖掘,结果显示:在0.25m/s、0.35m/s、0.45m/s的速度下,仿生挖掘铲的减阻率均值可分别达到7.6%、10%、8.6%;速度为0.35m/s时,仿生挖掘铲相对于普通挖掘铲的碎土性提高了2.86%。说明仿生挖掘铲的减阻性与碎土性能均好于普通挖掘铲。