基于離散元法的純電動旋耕機作業參數分析與優化

摘 要： 為解決傳統旋耕機與電動底盤不適配的問題，創新研制出一種新型電動旋耕機。根據設施農業特點，依托于電動底盤提出了一種電動旋耕機結構形式及傳動系統參數；利用EDEM建立土壤——耕作部件的離散元仿真模型，并通過實地試驗驗證仿真結果；最后對電動旋耕機作業仿真參數進行優化，得到最佳作業參數組合，提高在功率限制條件下旋耕作業的性能。在前進速度1 m/s，旋耕轉速175 r/min，耕作深度14 cm，耕作幅寬0.8 m的仿真環境下，仿真分析得到旋耕刀軸平均消耗功率2.02 kW，平均拋土質量1.96 kg，碎土率75.59%。實地試驗測得作業后土壤碎土率79.03%、平均耕深13.86 mm、耕深穩定性系數97.99%，達到了預期設計目標。作業參數優化后旋耕刀軸平均消耗功率降低了15.84%，平均拋土質量提升了21.99%，碎土率提升了10.62%。為以后的電動旋耕機作業參數優化提供了有效思路。

關鍵詞： 電動旋耕機；電動底盤；離散元法；參數優化

中圖法分類號： S222.3 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-2324（2024）06-0848-11

我國是設施農業大國，2021 年末，全國溫室、大棚、中小棚等農業設施數量達2 800 多萬個，設施農業占地面積5 700 多萬hm2［1］。傳統的農業裝備在溫室大棚內作業時，排放的廢氣嚴重影響工作人員和農作物的健康［2］。在以電能為主導地位的新能源驅動時代大背景下，未來電驅動的旋耕作業將會成為旋耕機械發展的重點方向［3］。電動微耕機與電動底盤均有轉移方便和耕作環節零排放等優點。但電動微耕機作業時隨著耕作深度增加整機振動也更強烈，常給操作者帶來傷?。?］。而電動底盤的功率與扭矩等性能參數與傳統機具存在差異，因此在實際使用中傳統旋耕機與電動底盤適配性不高的問題成為了制約設施農業機械化、電動化的一個主要因素。