基于DEM-MBD耦合仿真的V型双螺旋蛤类振动采收辊刷设计与优化研究

为解决我国滩涂贝类采收机械化程度低、理论研究不足的问题，研究人员开发了刷筛协同式蛤类振动采收机，其核心部件V型双螺旋采收辊刷通过DEM（离散元法）与MBD（多体动力学）耦合仿真优化，确定最佳参数组合：刚毛长度105 mm、5排刚毛、厚度40 mm、螺旋角28°、转速48 r/min，安装位置X轴249 mm/Y轴9 mm。田间试验显示采收量166.2 g（相对误差8.57%）、破损率7.07%，效率达292.20 kg/h，为滩涂贝类机械化采收设备设计提供重要参考。

　　

滩涂贝类养殖是我国渔业的重要支柱，2023年产量达1660万吨，占水产养殖总量的28.67%。然而，传统人工采收依赖小型耙具，效率低下且成本高昂。现有液压采捕设备易导致底栖生态破坏，而机械式采收又面临结构复杂、能耗高等问题。国际上的振动式采收机虽能减少70%成本且生态影响小，但我国相关研究仍停留在试验阶段。为此，辽宁某高校团队联合企业开发了刷筛协同式蛤类振动采收机，其核心创新点V型双螺旋采收辊刷通过理论计算与仿真优化，实现了高效低损的蛤类采收，成果发表于《Aquacultural Engineering》。

研究采用DEM建立泥沙-蛤类混合物模型，结合MBD进行单因素试验、Plackett-Burman筛选及Box-Behnken响应面优化。田间试验在盘锦光合蟹业公司合作基地开展，通过原型机验证仿真结果。

采收机结构与工作原理
设备包含V型双螺旋辊刷、曲柄摇杆式双层振动筛等组件。辊刷旋转时切割泥沙，配合振动筛实现蛤类向筛面中心的定向输送，清洁辊刷则防止筛孔堵塞。

辊刷设计理论
基于蛤体尺寸（壳长30-40 mm）和泥沙特性，推导出刚毛长度应大于蛤体高度1.5倍（90-120 mm），螺旋角范围20°-30°，转速40-60 r/min以避免离心抛撒。

DEM-MBD耦合仿真
建立含4 mm³
泥沙颗粒和蛤类（密度1.05 g/cm³
）的混合模型，通过Hertz-Mindlin接触力学模拟相互作用。单因素试验发现刚毛长度对采收效率影响最大，响应面优化后确定最佳参数组合。

田间验证
原型机测试显示，尽管高湿度泥沙导致筛面残留量（15.3 g）高于仿真值（10.59 g），但采收量166.2 g与仿真预测（177.4 g）误差仅8.57%，破损率7.07%优于国际同类设备。

该研究首次将DEM-MBD耦合仿真应用于蛤类采收设备优化，提出的V型双螺旋辊刷设计使采收效率达292.20 kg/h，较传统方法提升3倍以上。英国哥伦比亚贝类养殖协会的生态评估表明，振动式采收对滩涂的影响远低于自然风浪，这为我国发展环境友好型采收技术提供了实证支持。团队下一步将针对不同蛤种（如菲律宾蛤仔）开展参数适配性研究，推动技术产业化应用。