使用DEM对粘性土壤进行分层旋转耕地和地机器的运行性能研究
Tao Zhang1, Xinglong Tang1, Cong Dai1
1Agricultural machinery research institute, Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chonqqing, 401329, China.
Scientific reports
|December 13, 2025
概括
一台新的双轴分层旋转耕地机显著改善粘性土壤中的土壤碎片化. 这种创新的设备增强了土壤结构,优于传统的单轴设计,具有更高的碎片化率和较低的耕作阻力.
科学领域:
- 农业工程 农业工程
- 土壤科学 土壤科学
- 机械学 机械学 机械学
背景情况:
- 中国西南部的粘土对土地准备构成挑战,原因是土壤碎片化程度低,耕作阻力高.
- 传统的单轴旋转耕作设备难以有效地分解这些具有挑战性的土壤类型,影响农业生产率.
研究的目的:
- 设计和优化用于粘土的双轴分层旋转耕地和地机.
- 用模拟和现场测试来评估双轴机器与单轴设备的耕作性能.
- 确定双轴机器的最佳操作参数,以增强土壤层结构.
主要方法:
- 采用离散元件方法 (DEM) 来优化操作参数和模拟耕地性能.
- 利用Box-Behnken设计建立一个回归模型,将独立变量 (旋转速度,水平距离) 与性能指数 (能源消耗,破产债券) 相关联.
- 进行了单轴和双轴耕作设备之间的比较分析,包括测量土壤碎片化率的实地测试.
主要成果:
- 土壤粉碎装置的旋转速度,水平距离和深度旋转装置的旋转速度被确定为影响土壤粉碎性能的关键因素.
- 确定了双轴机器的最佳参数:深度旋转速度为260rpm,水平距离为340mm,土壤粉碎速度为430rpm.
- 在实地测试中,双轴机器的土壤碎片化率比单轴机 (69.46%) 高24.28% (93.74%).
结论:
- 双轴分层旋转耕地和山脊机显著增强土壤碎片化,改善粘性土壤中的土壤层结构.
- 与单轴设备相比,双轴设计提供了更高的地表干扰强度和更高的性能.
- 优化的操作参数和双轴配置为在具有挑战性的粘性土壤条件下有效地进行土地准备提供了可行的解决方案.
