肋条型仿生镇压辊减粘降阻试验 - 农业机械学报.pdf

２０１４年 ４月 农 业 机 械 学 报 第 ４５卷 第 ４期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１４．０４．０２１ 肋条型仿生镇压辊减粘降阻试验 佟　金　张清珠　常　原　陈东辉　董文华　张磊磊 （吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春 １３００２５） 摘要：基于臭蜣螂腹侧面的几何结构，设计了９种肋条型仿生镇压辊。肋条结构采用具有良好疏水性的超高分子 ４ 量聚乙烯材料。采用 Ｌ（３）正交表，考察了土壤干基含水率为２０％时，肋条结构底面宽度 Ｗ、高宽比Ｒ、镇压辊载 ９ 荷 Ｆ和面积比Ｋ对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。结果表明：在试验条件下，与普通镇压辊相比，仿生镇压 辊在保证适宜玉米生长容积密度前提下具有明显的减粘效果，减粘率最高可达４１０８％；合理的肋条结构尺寸可使 仿生镇压辊的减阻率达 １１７５％ ～３９４０％。采用极差法对试验结果进行分析，得到了影响镇压辊粘附土壤量和牵 引阻力因素的主次顺序及最优水平，并探讨了各因素对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。 关键词：仿生肋条　镇压辊　牵引阻力　土壤粘附　土壤压实 中图分类号：Ｓ２２２２３；Ｑ８１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１４）０４０１３５０６ ４个因素对镇压辊减粘降阻的影响。 比） 　　引言 １　肋条型仿生镇压辊的设计 镇压辊是农业机械中典型的滚动触土部件，用于 播种后压实土壤。适当的镇压可以使种子与土壤紧密 基于臭蜣螂腹侧面具有减粘减阻功能的几何结 ［２５］ 接触；减少土壤中的大孔隙，加强土壤毛细管作用；也 构 （图１），设计出具有肋条型几何结构的仿生镇 可对种子在土壤中的深度差异进行微调节，使种子播 压辊，实体模型如图２所示。仿生镇压辊表面肋条 ［１－２］ 深趋于一致 。研究证明，适当的土壤压实能够提 结构的尺寸如图３所示，图中 Ｗ表示肋条底面宽 ［３－８］ 高作物产量 。但是在镇压过程中，镇压辊容易粘 度，Ｈ表示肋条断面高度。 附土壤，不仅影响种子发芽，而且会降低作业效率，增 高能耗。所以减轻土壤对镇压辊表面的粘附，使土壤 能够形成适当的土壤坚实度，具有重要的现实意义。 目前，关于土壤压实的研究，大多数集中在拖拉 机及其牵引的机具对农田土壤过度机械压实的危害 及其对应的解决措施［９－１９］。而对于土壤镇压辊来 说，压得太实或太松，都不利于种子的出苗。理想的 图１　臭蜣螂及其腹侧面的几何结构 镇压辊，应在保证所需压实作用前提下具有较低的 Ｆｉｇ．１　ＤｕｎｇｂｅｅｔｌｅＣｏｐｒｉｓｏｃｈｕｓＭｏｔｓｃｈｕｌｓｋｙａｎｄｉｔｓ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｖｅｎｔｒａｌｓｕｒｆａｃｅｏｆｄｕｎｇｂｅｅｔｌｅ 牵引阻力，减少土壤粘附现象。 （ａ）雄性臭蜣螂　（ｂ）臭蜣螂腹侧面的几何结构 研究表明：土壤洞穴动物体表的几何结构是其 　 在黏湿土壤环境中活动自如的主要原因之一［２０－２４］。 传统镇压辊和仿生镇压辊的基体所采用的材料 基于臭蜣螂腹侧面的几何结构，本文设计肋条型仿 为 Ｑ２３５钢，其直径 为 ３２５ｍｍ，宽为 ２００ｍｍ。 生结构，