【摘 要】
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深松作业能够破碎在长期旋耕作业的耕作层下面坚硬的犁底层,有利于改善长期耕作产生的原有土壤理化结构、生物学性质,另外深松作业还能够增强土壤的保水保肥能力,促进农作物根系生长,增加农作物产量和农产品的品质。但是,深松作业耕作阻力大,耗能高,如何提高深松机具对不同耕作后深松作业的适应能力、把耕作过程中的牵引阻力尽可能减小。是近年来农业机械工程研究和深松技术推广的重点之一。深松铲作为直接与土壤接触的部件,
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深松作业能够破碎在长期旋耕作业的耕作层下面坚硬的犁底层,有利于改善长期耕作产生的原有土壤理化结构、生物学性质,另外深松作业还能够增强土壤的保水保肥能力,促进农作物根系生长,增加农作物产量和农产品的品质。但是,深松作业耕作阻力大,耗能高,如何提高深松机具对不同耕作后深松作业的适应能力、把耕作过程中的牵引阻力尽可能减小。是近年来农业机械工程研究和深松技术推广的重点之一。深松铲作为直接与土壤接触的部件,直接将土壤切开并破碎,对深松阻力和今后作物产量都有影响,因此深松铲的研究设计具有重要的意义。本文以南方黏土土壤为研究对象,以改进深松铲的结构设计为研究目标,采用变频变幅振动与预破土相结合的方法促进机械深松减阻效应,根据斜楔原理、土壤失效准则与裂纹展开效应,研制了一种带圆弧形破土器的深松铲,采用三维建模、数值仿真和田间试验研究相结合的方法,研究深松部件在变频变幅振动下的碎土机理和减阻效率,以及预破土对振动深松减阻效应,揭示变频变幅振动与预破土组合振动深松系统的结构参数和振动工作参数、土壤力学性能参数与深松阻力的关系,并进行验证。主要的研究内容及所得结论如下:（1）土壤结构及力学参数的测定利用土力学试验方法进行土壤的密度、含水率、剪切模量、泊松比、堆积角、土壤坚实度等物理力学性能、结构性参数测试,为进一步进行数值仿真做准备。（2）测试系统的标定试验为了简化了深松牵引力测定需要两台拖拉机串联一起的传统方法,实现单台拖拉机即可完成深松试验,本文通过改进拉压传感器的安装方式,专门研制了数据传输记录测试系统,并进行了标定试验,获得以下函数关系式:Y=8×10~5~2-0.0926+2794.5,其中y为负载（N）,x为传感器采集到电信号（V）。（3）预破土组合振动深松铲的设计结合国内外在深松机具方面的研究现状,通过对土壤失效准则和切削裂纹预测的试验研究,研制了一种圆弧形可调节安装位置的破土器,改变破土器在铲臂上的安装配合位置可以调节破土器的安装高度和倾斜角度,并进行仿真试验,最后根据仿真结果获得了在南方粘性土条件下预破土组合振动深松铲的最佳结构。（4）预破土组合振动深松铲仿真试验通过三维制图软件Solid Works建立了深松铲模型、振动深松试验台模型以及拖拉机模型并进行装配。利用颗粒散体离散元EDEM仿真软件建立土壤仿真模型颗粒床,运用多体动力学仿真软件Recur Dyn添加驱动力和EDEM耦合进行深松仿真试验。结果表明,新型设计的破土器内弧半径为150mm,安装位置在（3）号组位式深松铲效果最佳。（5）预破土组合振动深松铲的田间试验试验结果表明,在同一振幅振频,前进速度一致,新铲振动比不振动有效减阻10.15%,新铲振动比旧铲振动有效减阻12.10%,新铲振动比旧铲不振动有效减阻21.72%,新铲不振动比旧铲振动有效减阻2.17%,新铲不振动比旧铲不振动有效减阻12.88%,旧铲振动比旧铲不振动有效减阻10.94%。含水率较深松前有明显上升,坚实度有效降低。对于预破土器安装位置试验结果表明同一内弧半径下（3）号位置的深松效果较好。
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