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为实现农业资源的持续稳定发展,保护东北黑土区的土地资源,避免水土流失,从20世纪末以来不断完善提高和全面推广免耕播种技术。开沟器是免耕播种机上的关键工作部件,传统开沟器在开沟作业过程中工作表面常粘附土壤,改变其工作作业轨迹,导致牵引阻力增大、所开种沟沟型难以达到作业要求,影响作物的出苗率。通过对双圆盘开沟器开沟过程的分析,得到其耕作阻力主要由开沟圆盘与土壤的相互作用过程产生,建立开沟圆盘与土壤相互作用模型,将其开沟过程等效为圆盘切削土壤、土壤移动以及土壤与圆盘之间的滑移三个作用过程,并利用经典力学公式,分别计算各个过程中开沟圆盘所受到的阻力,最终获取开沟圆盘的耕作阻力,为仿生耦合开沟圆盘的设计奠定基础。本论文以免耕播种开沟器作为试验研究对象,以开沟圆盘作为具体设计优化部件,以蜣螂头部凸包以及穿山甲背部脊状凸起为仿生原型,对其表面非光滑形态减阻特性研究分析,构建应用于开沟圆盘表面的仿生耦元组合,降低开沟圆盘开沟过程中的耕作阻力,提高节能效率;运用ANSYS/LS-DYNA软件模拟仿生耦合开沟圆盘与土壤的相互作用,获取仿生耦合开沟圆盘与土壤作用时所受的阻力以及能耗;利用正交试验设计技术,探索开沟圆盘表面仿生耦元结构对耕作阻力的影响,确定其对耕作阻力影响从高到低依次为仿生耦元间夹角θ(°)、凸包间的行间距(mm)、球冠高度/楔形长度(mm)和球冠直径(mm),获得了仿生结构设计最佳方案。选取有限元仿真结果最优的三种仿生耦合开沟圆盘和普通开沟圆盘进行土槽试验,针对两种不同的土壤含水率18%,22%,分别在三种耕作速度0.6 m/s,1 m/s,1.4 m/s的条件下进行全面试验,每次试验重复3次。通过土槽试验车内置的数据采集、处理系统获取开沟器在开沟过程中所受到的耕作阻力。试验结果表明:在相同的试验条件下,仿生耦合开沟圆盘所受到的耕作阻力均明显小于普通开沟圆盘;耕作速度为0.6 m/s,土壤含水率为22%时,仿生耦合开沟圆盘DISC3获得最大降阻率达13.21%;且仿生耦合圆盘在各种不同含水率和耕作速度下最大平均降阻率可达8.76%,进一步证明仿生耦合开沟圆盘具有较好的减阻性能。