草莓大棚开沟起垄刀具数值模拟与工作参数响应面优化

摘要

草莓种植要求采用高垄栽培，为了提高开沟质量，现有开沟刀具一般是将旋耕刀具的刀身部分进行简单加宽处理。由于这种改进缺乏设计依据，当前的草莓大棚开沟刀具普遍存在作业质量不高和能耗较大的问题。为了进一步提高草莓大棚开沟刀具的性能，采用LS-DYNA软件建立了开沟刀具土壤旋抛数值仿真模型，并搭建田间实时试验装置，对仿真模型进行了分析验证。在此基础上，采用Box-Behnken响应面分析方法，以刀辊扭矩和残留粒子比例为响应值，建立了刀辊前进速度，刀轴转速和开沟起垄深度的二次回归模型，并对其进行优化。优化结果表明：前进速度0.38 m·s^-1、刀轴转速300 r·min^-1、开沟起垄深度300 mm，以此参数进行田间试验得到的扭矩为27.9 Nm，模型优化预测结果与田间试验相比相对误差小于5%，验证了优化模型和结果的可靠性。提出的新型的开沟刀具参数化设计方法可为大棚草莓开沟机具的设计优化提供参考。

关键词

草莓大棚 / 开沟起垄刀具 / 参数化设计 / 数值模拟 / 试验研究

基金资助

国家自然科学基金项目（51705545）; 河南省科技攻关项目（222102220058,222102220091,232102110302）