基于DEM的四棱台形土壤表面微地形加工设备的设计与研究 马燕、 赵志浩、 谢双鹏、 姜晓虎

《Agriculture》：Design and Research of a Quadrangular Frustum-Shaped Soil Surface Microtopography Processing Device Based on DEM Yan Ma, Zhihao Zhao, Shuangpeng Xie and Xiaohu Jiang

　　

摘要

土壤表面微地貌的构建不仅能够有效减轻土壤侵蚀、改善土壤结构、增强土壤生态功能，还能显著优化幼苗出土和作物生长的苗床环境。本研究针对中国南方红壤和黄壤的特性，基于2BYG-230油菜播种机设计并制造了一种四棱锥形土壤表面微地貌处理装置。利用离散元方法（DEM）软件EDEM分析了该装置的运动轨迹和受力分布，并进行了三因素三水平的正交试验。试验结果表明，影响微地貌形成效果的因素重要性顺序为：工作载荷 > 工作速度 > 微结构高度。以微地貌形成合格率为评价指标，分析了不同的操作参数组合，最终确定最佳参数为：工作载荷260牛顿、工作速度0.34米/秒、微结构高度42毫米。在这些优化条件下，微地貌形成合格率达到93.6%。此外，使用该优化装置处理后的幼苗出土率为74.33%，比优化前提高了4.96%。本研究设计的优化处理装置性能显著优于其前身，形成的土壤表面微地貌更有利于油菜生长，同时在水分和土壤保持以及生态改善方面展现出巨大潜力。本研究为提升中国南方红壤和黄壤的生态功能以及表面微地貌处理设备的结构设计提供了理论支持。