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作者：贾治军;姜嘉胤;徐家俊;李杨;董春旺;宋文韬;李凯;韦持章;姚雨晨;姚立健;杨自栋;刘皓央;马蓉;
单位：浙江农林大学光机电工程学院;中国农业科学院茶叶研究所;浙江川崎茶业机械有限公司;山东省农业科学院茶叶研究所;国家林业草原丘陵山地林草机械工程技术研究中心;农业农村部东南丘陵山地农业装备重点实验室(部省共建);广西壮族自治区农业科学院园艺研究所;
摘要：针对茶园耕作过程中因土壤板结粘滞特性导致的机具耕作阻力大、作业质量差等问题，基于鼹鼠爪趾生物力学特征创新设计了一款复合仿生耕作铲，通过四杆机构集成设计研制了新型茶园掘耕机。研究过程中，首先基于离散元法（Discrete element method,DEM）与多体动力学（Multi-body dynamics,MBD）耦合算法对仿生掘耕机的耕作过程进行动态模拟分析。同时借助Design-Expert 13试验设计软件，采用三因素三水平正交试验法（耕作铲入土角度、驱动臂转速、机具前进速度）开展整机工作参数优化研究，确定在耕作深度100 mm时，安装复合仿生耕作铲的茶园仿生掘耕机最佳工作参数组合为入土角度33.506°、驱动臂转速289.923 r·min-1、机具行进速度0.2 m·s~(-1)。基于此优化参数，通过土壤颗粒运动速度分布特征进行耕作扰动对比仿真分析。最后开展田间验证试验，结果表明：相较于传统原型铲，装配复合仿生耕作铲的掘耕机减阻率为5.70%，碎土率提升至91.05%，其他作业评价指标均有所提升，工作性能能够满足茶园耕作的要求，验证了其仿生结构设计的有效性与工程实用性。
关键词：茶园耕作机械;;离散元法;;多体动力学;;耦合算法;;仿生结构设计
基金资助：广西科技计划项目（桂农科AB241484030）;; 浙江省农业重大技术协同推广计划（2024ZDXT06）;; 浙江省“尖兵”研发攻关计划（2022C02010）;; 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（1610212021004）
