摘要：为解决秸秆深埋还田工作中开沟深度不够、深埋率低、开沟阻力大等问题,对自行研制的气力式秸秆深埋还田机的开沟装置进行了优化设计。提出一种仿螳螂前端足曲线的秸秆开沟刀参数优化设计,利用阿基米德等进螺线设计的侧切刃具有滑切能力,可切割土壤完成开沟作业。利用Matlab对螳螂前端足进行二值化、膨胀、边缘坐标处理得到仿生开沟刀,使用离散元软件EDEM对设计出的仿生开沟刀和普通开沟刀进行仿真对比,并对仿真结果进行土槽试验验证。试验分析结果表明,相比于普通开沟刀,仿真开沟刀在开沟过程中可减少9. 48%的阻力。利用Design-Expert 8. 0软件的二次正交旋转组合试验设计结合响应面法,分别建立秸秆深埋率和工作效率与机具前进速度、秸秆深埋深度和秸秆覆盖量的回归数学模型。通过分析表明,各因素对秸秆深埋率的影响由大到小依次为:秸秆覆盖量、秸秆深埋深度、机具前进速度;各因素对工作效率的影响由大到小依次为:机具前进速度、秸秆深埋深度、秸秆覆盖量;交互作用中,秸秆深埋深度和秸秆覆盖量、机具前进速度与秸秆覆盖量对工作效率影响显著。经过优化求解,在深埋率权重为0. 7、工作效率权重为0. 3的情况下得到开沟装置最佳工作参数,在机具前进速度为1. 63 m/s、秸秆深埋深度为27. 97 cm、秸秆覆盖量为340. 54 kg/hm2时,秸秆深埋率为90. 491%,工作效率为5. 4 hm2/h。

关键词：秸秆深埋还田 仿生 图像处理 仿真模型 试验设计 

单位：沈阳农业大学工程学院