起垄铲——作为农业机械中重要的触土部件，在起垄耕作过程中与土壤发生相互接触产生较大的起垄阻力，导致工作效率的下降，而且缩短其使用寿命。因此合理改变起垄铲的外形结构对降低能耗，提高工作效率具有非常重要的作用。荷叶表面的超疏水微观结构，使其具有自洁功能，鲨鱼体表的微观盾鳞肋条结构，能有效减小其游动中的水体阻力。本文利用表面改形仿生方法，选取新鲜荷叶和鲨鱼为仿生对象，以减小起垄铲的工作阻力为目的，构建非光滑仿生起垄铲铲壁结构，进行有限元模拟分析，并进行室内土槽实验加以验证，得到具有显著降阻效果的仿生起垄铲，为仿生学研究成果在农业领域的应用并走向实用化、产业化打下坚实的理论基础。应用CATIA软件构建起垄铲原型和九种仿生起垄铲模型以及对应的土壤模型。起垄铲铲壁仿生凸（凹）三角形（圆弧形）沟槽结构是提取鲨鱼体表的盾鳞肋条结构，在起垄铲原型铲壁表面上构建横截面宽为12mm，高为5mm的等腰三角形（半圆形）沟槽结构。仿生凸包结构是提取荷叶表面的超疏水结构在仿生沟槽结构表面和起垄铲原型铲壁表面上构建半径为2mm，间距为8mm的半球体。利用ANSYS有限元软件，分别对十种起垄铲与土壤模型之间的相互作用进行模拟分析。探索起垄铲与土壤之间相互作用的三维等效应力关系，对比分析不同仿生结构起垄铲模型的降阻效果。从应力的分布情况看，起垄铲原型的最大应力出现在尖端，并且应力分布均匀。仿生起垄铲的最大应力出现在仿生沟槽的前端和仿生凸包的周围，并且在仿生沟槽和凸包的周围也出现了应力较小的区域，由此看出仿生起垄铲在一定程度上破坏了起垄铲与土壤的接触面。四种类型的仿生沟槽结构起垄铲相对于起垄铲原型都有应力减小的趋势，其中仿生凸三角形沟槽起垄铲和仿生凸圆弧形沟槽起垄铲的减小趋势更为明显，这两种类型仿生沟槽起垄铲的颜色较深的应力区域也明显小于仿生凹三角形沟槽起垄铲和仿生凹圆弧形沟槽起垄铲，并且在三种不同参数设置的条件下应力的分布和大小趋势不变。五种类型的仿生沟槽—凸包起垄铲相对于起垄铲原型都有应力增大的趋势，并且在三种不同参数设置的条件下应力的分布和大小趋势不变。综合来看，九种仿生起垄铲中，仿生凸三角形沟槽起垄铲和仿生凸圆弧形沟槽起垄铲相对于其他仿生起垄铲具有更为明显的降阻效果。选取仿生凸三角形沟槽起垄铲和仿生凸圆弧形沟槽起垄铲以及起垄铲原型进行室内土槽实验。针对两种不同的土壤含水率18.61%，20.9%，分别在三种起垄速度0.68m/s，0.87m/s，1.11m/s的条件下进行实验。三种类型的起垄铲在不同起垄速度下分别实验三次，并通过BLR—1型传感器实时采集起垄阻力数据，截取数据的稳定段求取平均值，再代入传感器的标定曲线得到此种类型的起垄铲在某个起垄速度下的起垄阻力。①土壤的含水率为18.61%时，起垄速度为0.68m/s条件下，起垄铲原型的起垄阻力为126.4N，仿生凸三角形沟槽起垄铲的起垄阻力为120.3N，仿生凸圆弧形沟槽起垄铲的起垄阻力为124.2N；同一含水率，起垄速度为0.87m/s条件下，起垄铲原型的起垄阻力为147.4N，仿生凸三角形沟槽起垄铲的起垄阻力为143N，仿生凸圆弧形沟槽起垄铲的起垄阻力为144.2N；同一含水率，起垄速度为1.11m/s条件下，起垄铲原型的起垄阻力为174.9N，仿生凸三角形沟槽起垄铲的起垄阻力为168.5N，仿生凸圆弧形沟槽起垄铲的起垄阻力为171.4N。②土壤的含水率为20.9%时，起垄速度为0.68m/s条件下，起垄铲原型的起垄阻力为134.3N，仿生凸三角形沟槽起垄铲的起垄阻力为131N，仿生凸圆弧形沟槽起垄铲的起垄阻力为132.4N；同一含水率，在起垄速度为0.87m/s条件下，起垄铲原型的起垄阻力为155.4N，仿生凸三角形沟槽起垄铲的起垄阻力为148.4N，仿生凸圆弧形沟槽起垄铲的起垄阻力为151.8N；同一含水率，在起垄速度为1.11m/s条件下，起垄铲原型的起垄阻力为185.1N，仿生凸三角形沟槽起垄铲的起垄阻力为178.5N，仿生凸圆弧形沟槽起垄铲的起垄阻力为182.2N。比较分析三种类型的起垄铲在不同含水率及速度条件下的起垄阻力可得：起垄铲的起垄阻力随着起垄速度和含水率的增加有增大的趋势；同一含水率情况下，仿生凸三角形沟槽起垄铲相对起垄铲原型的三种速度下的平均降阻率为3.65%，仿生凸圆弧形沟槽起垄铲的平均降阻率为1.85%，仿生凸三角形沟槽起垄铲相比仿生凸圆弧形沟槽起垄铲具有更为显著的降阻效果。