摘要
起苗是林业苗圃作业中的重要环节，起苗铲作为联合起苗机的关键部件，其减阻性能对提高起苗机械整机性能有着重要的影响。本文针对上述问题运用仿生学和逆向工程技术设计一种基于狗獾爪趾轮廓的仿生起苗铲，以善于挖掘洞穴的狗獾为研究对象，基于离散元法对仿生起苗铲进行作业仿真分析，研究仿生曲线应用于起苗铲具体的减阻机理。旨在提高起苗铲的减阻性能，为现有的起苗铲提供更好的设计思路和方案。同时对联合起苗机悬挂系统进行总体设计，本文的主要研究内容如下： 分析联合起苗作业时起苗的减阻原理。引入根土复合体的理论，研究根土复合体在起苗作业中的受力情况，确定影响起苗阻力的影响因素，为仿生起苗铲的设计以及确定仿真试验的影响因素提供理论依据。进行土壤实验，对土壤物理参数进行测定，包括含水率、密度和坚实度等。 联合起苗机悬挂系统的结构设计。以裸根起苗的代表树种油松为作业对象，确定整体结构的设计参数，针对特定的起苗对象和起苗需求对传送机构以及振动抖土机构等关键部件进行结构设计。 结合仿生学原理对狗獾爪趾第三趾内、外纵向轮廓曲线进行提取和分析，得到五条仿生曲线的拟合方程。利用逆向工程技术设计应用不同数量仿生曲线的仿生C-1型和仿生C-2型起苗铲。通过将土壤比压、比阻等应用于起苗铲铲尖以及两侧铲翼的力学分析中计算起苗铲作业时的工作阻力。 通过对比4种不同类型起苗铲在不同起苗深度和作业速度的仿真试验结果，从仿真数据层面验证得到起苗铲类型、起苗深度和作业速度对起苗铲的牵引力都有非常显著的影响。并得到当作业速度为1m/s，起苗深度250mm的情况下起苗性能最优。三角尖B型起苗铲、仿生起苗铲C-1和C-2型相比于普通A型起苗铲均具有明显的减阻效果。减阻率的大小为仿生C-2型＞仿生C-1型＞三角尖B型。仿生C-2型的减阻率为10.26%。直观地验证狗獾爪趾第三趾内轮廓脊线设计为起苗铲刃口曲线和曲面重构仿生铲曲面的减阻优越性。通过分析起苗过程中土壤颗粒的速度场和土壤扰动，得到仿生C-2型减阻性能最优的原因是由于仿生曲面构型的特殊曲率变化减弱了土壤颗粒的堆积效应。仿生起苗铲扰动土壤颗粒总动能均小于传统起苗铲。
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