基于DEM-MBD耦合仿真的松土犁-铲式种床整备复合耕机参数优化与性能提升研究

本综述通过离散元法-多体动力学（DEM-MBD）耦合仿真技术，系统分析了松土犁（SLP）与铲式种床整备机（SSPM）组成的复合耕机（CTM）在油菜籽种床制备中的作业性能。研究聚焦松土犁耕深、翼板安装高度与角度对土块破碎率（CCR）及功耗的影响，通过参数优化显著降低了传动扭矩（PT）与牵引阻力（DF），为水稻-油菜轮作区高效低耗耕整装备设计提供了理论依据与实验验证。

　　

Highlight

基于DEM-MBD耦合方法建立了耕作工具-土壤相互作用模型。田间验证实验表明，该仿真模型精准再现了耕作工具引起的土壤扰动行为。仿真值与田间实测的PT（功率输出扭矩）、DF（牵引力）、总功耗及CCR（土块破碎率）的平均相对误差仅为5.03%，证明该模型可有效预测耕作过程中的功耗与土壤破碎效果。

Conclusion

(1) 基于DEM-MBD耦合方法，建立了耕作工具-土壤相互作用模型。田间验证实验表明，该仿真模型准确反映了耕作工具引起的土壤扰动行为。仿真与田间实测的PT、DF、总功耗和CCR值的平均相对误差为5.03%，表明该模型能够预测耕作过程中的功耗和土壤破碎情况。

(2) 利用已验证的模型，以CCR和功耗为评价指标，通过单因素实验确定了SLP的最优参数组合：耕深160 mm、翼板安装高度22 mm、翼板安装角5°。对比仿真显示，优化后的CTM使土壤键断裂数量增加10.50%，铲具平均耕作阻力和PT分别降低35.26%和31.06%，表明优化后的SLP有效降低了CTM作业时的PT需求和铲具耕作阻力。水稻收获后田间的实验验证了这些仿真结果：CTM作业后，耕深稳定性系数、秸秆掩埋率和CCR分别达到82.39%、86.69%和83.54%，较SSPM提升13.78%、10.17%和7.89%。