摘要:針對傳統鎮壓輥粘附土壤、阻力大和壅土問題，基于穿山甲體表鱗片的多邊形幾何結構，分別設計了正12面體、正15面體和正18面體3種仿生多面體型幾何結構鎮壓輥，制造材料選用Q235。以粘附土壤量、牽引阻力、種子粒距變化率、土壤容重為指標，在室內土槽考察了土壤干基含水率分別為20%和28%時3種仿生幾何結構鎮壓輥在載荷分別為300、500、700N下的鎮壓效果，并與傳統鎮壓輥對比。結果表明:正12面體仿生鎮壓輥的種子粒距變化率最低，比傳統鎮壓輥降低了33．19%，即防壅土效果最好，但它卻沒達到減粘降阻的效果。分別將超高分子量聚乙烯、搪瓷涂層這兩種疏水材料分別用于正12面體仿生幾何結構鎮壓輥，通過與傳統鎮壓輥的對比試驗證實，采用疏水材料的這兩種仿生鎮壓輥均能達到減粘降阻的效果，鎮壓輥表面采用超高分子量聚乙烯時粘附土壤量最少，與傳統鎮壓輥相比降低了33．22%;鎮壓輥表面噴涂搪瓷涂層時阻力最低，與傳統鎮壓輥相比降低了17．87%。該研究結果可為農業機械觸土部件表面減粘降阻及防壅土的仿生設計提供參考。

　　關鍵詞:仿生鎮壓輥;多面體型幾何結構;粒距變化率;減粘降阻;土壤壓實

　　0引言

　　鎮壓輥主要用于壓實播種后的土壤［1］，研究表明［2－6］:合理的鎮壓可以提高作物產量。理想的鎮壓輥應在保證作物所需土壤容重的前提下，不滑移，粘土量和牽引阻力要低，鎮壓力可調，壓后粒距均勻［1］。但是，傳統鎮壓輥多為光滑圓柱表面，在工作時極易將種床土壤粘連起來，使土壤失墑嚴重，而且還會將一部分土壤推到鎮壓輥前方，形成波浪狀凸起，即“拖堆壅土”現象［7－8］。這不僅起不到壓實土壤的效果，還要額外消耗功去推移隆起的土壤，使得株距分布不均，影響最后田間的植株密度［9］。因此，解決傳統鎮壓輥作業過程中的粘附和壅土問題，具有重要的現實意義。

　　1仿生多面體型幾何結構鎮壓輥的設計

　　基于穿山甲體表鱗片的多邊形幾何結構，將鎮壓輥的表面由傳統的柱面設計成正多面體結構，分別設計了正12面體、正15面體和正18面體3種仿生多面體型幾何結構鎮壓輥，如圖2所示。

　　2土槽試驗

　　2．1試驗方法

　　試驗在吉林大學室內土槽進行，土槽的尺寸、土壤性質、試驗前土壤容重情況詳見文獻［13］。選取土槽兩個長18m、寬1m的地塊作為試驗區，兩地塊的土壤干基含水率分別為20%和28%。土槽臺車的前進速度為0．9m/s。以粘附土壤量、牽引阻力、種子粒距變化率、土壤容重為指標，進行全面試驗，考察了土壤干基含水率分別為20%和28%時3種仿生多面體型幾何結構鎮壓輥在載荷分別為300、500、700N下的鎮壓效果，并與傳統鎮壓輥進行對比。粘附土壤量是通過每次試驗結束后，用硬毛刷將粘在輥子上的土刮下稱量測得［13］。牽引阻力是依靠自制輪架與臺車上連接裝置之間的ＲSS03型拉壓傳感器測得。

　　2．2鎮壓輥結構對作業效果的影響

　　2．2．1減粘減阻效果對比試驗證明，3種仿生多面體型幾何結構鎮壓輥沒有起到減輕粘附的效果，甚至阻力略高于傳統鎮壓輥。這表明，僅將傳統鎮壓輥的圓柱狀外形設計為多面體形狀對減粘沒有效果。

　　2．2．2防壅土效果土壤干基含水率分別為20%和28%時，試驗用鎮壓輥在不同載荷下的種子粒距變化率如圖3所示。由圖3可知:所有鎮壓輥壓后的種子粒距變化率Ｒs均隨著載荷的增加而增大。

　　3結論

　　1)針對傳統鎮壓輥粘附土壤、阻力大和壅土問題，將鎮壓輥的表面由傳統的柱面設計成正多面體結構，分別設計了正12面體、正15面體和正18面體3種仿生多面體型幾何結構鎮壓輥，制造材料選用Q235鋼。

　　2)土槽試驗對比結果表明:兩種土壤干基含水率下，所有鎮壓輥壓后的土壤容重均能達到適宜玉米生長的狀態，且3種仿生多面體型幾何結構鎮壓輥的防壅土效果均比傳統鎮壓輥好。其中，正12面體仿生幾何結構鎮壓輥的防壅土效果最好，種子粒距變化率最低，比傳統鎮壓輥降低了33．19%，但卻沒起到減粘降阻的效果。

　　3)將UHMWPE和搪瓷涂層這兩種疏水材料分別用于優化得到的正12面體仿生幾何結構鎮壓輥，試驗結果表明:采用疏水材料的這兩種仿生鎮壓輥的均能實現減粘降阻，鎮壓輥表面采用UHMWPE時粘附土壤量最少，與傳統鎮壓輥相比降低了33．22%;鎮壓輥表面噴涂搪瓷涂層時阻力最低，與傳統鎮壓輥相比降低了17．87%。

　　參考文獻:

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