弧形深松铲工作过程和松土效果的离散元法仿真分析

李玲玲， 李广宇， 张煜晗， 袁洪印

(1.长春科技学院汽车机械工程分院，吉林长春 130600； 2.吉林省农业机械研究院，吉林长春 130022)

深松铲在耕作过程中，会使土壤发生破裂和移动等动态行为，即土壤颗粒之间及土壤颗粒与深松铲之间发生相互运动。深入研究深松铲与耕作土壤相互作用的动态过程，才能够设计出省力、高效的深松铲形，进而减小深松铲的工作阻力[1]。离散元法是描述每个独立单元运动及位置的一种数学方法[2-3]。土壤作为一种复杂的多相混合体，其颗粒本身具有离散性质，颗粒群在运动过程中具有分散性，用基于连续、均匀的力学理论分析外力作用下的土壤动态行为变化过程显得很勉强，因此采用离散元法进行分析较理想[4-5]。

本研究选用3个具有不同后掠角的弧形深松铲为研究对象(图1)。后掠角即深松铲柄上部垂直部分迎土边垂直线与相连的下部圆弧部分上端切线形成的夹角。采用离散元法模拟分析弧形深松铲的工作过程以及松土效果[6]，并将离散元法的分析结果与田间试验结果进行对比，探讨应用离散元法分析深松铲工作过程及松土效果的可行性。

1 模型建立与参数选取

1.1 边界模型建立与参数选取

采用离散元法仿真分析深松铲的工作过程，研究边界模型与土壤颗粒的接触情况，并对边界受力情况进行分析。边界模型即为深松铲模型，本研究采用PROE三维软件建立深松铲边界模型，深松铲泊松比为0.28，剪切模量为2.1×1011Pa，密度为7 800 kg/m3，将边界模型的材料参数及运动属性存入数据库中，以备后续模拟时调用。……