近日，機械與電子工程學院苑進教授團隊在《Computers and Electronics in Agriculture》在線發表了題為“Parametric analysis and numerical optimisation of spinach root vibration shovel cutting using discrete element method”的研究論文。鄒亮亮講師為該論文的第一作者，苑進教授為該論文的通訊作者。

破土鏟根是菠菜整株收獲的首要環節，鏟根過程決定了菠菜植株的運動狀態、土壤破碎等根土復合運動形態以及夾持拔取力，關聯夾持環節，從而對菠菜收獲時的機械損傷產生影響，因而需要對破土鏟根過程進行深入研究。根-土壤-鏟刀之間的相互作用是研究破土鏟根過程的核心問題，但由于根-土壤-鏟刀之間的相互作用十分復雜，所以需要對鏟切過程進行微觀和宏觀分析。目前國內外對土壤與機具之間的相互作用關系進行了大量的研究，普遍采用離散元方法對其研究并取得較好的效果。但是根-土-機具互作研究較少，特別是根土復合鏟切過程。

為了明晰根土復合鏟切機理，課題組建立了根土鏟振動鏟切力學模型，采用Hertz-Mindlin with Bonding模型分析了土壤顆粒間的粘結作用，明確了土壤破碎的邊界條件，并采用振動鏟切的形式來加速土壤的破碎。根-土壤-鏟刀之間的相互作用是研究破土鏟根過程的核心問題，采用了離散元方法對根土鏟切過程進行了微觀分析。分別建立了土壤、根和根土接觸模型，并對相應模型進行了參數標定，在此基礎上建立了根土復合振動鏟切模型，對振動鏟切過程進行了研究。對根土復合振動鏟切過程進行了仿真分析，研究了振動鏟切參數作業效果的影響規律。以鏟切速度、振動頻率、振動幅度作為試驗因素，開展三因素三水平正交旋轉組合優化試驗，最終確定了最優鏟切工作參數。通過對根土復合鏟切過程進行微觀分析可以探究鏟切機理，為菠菜機械化設計提供了合理的依據。

該研究得到了國家自然科學基金青年基金項目和面上基金項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compag.2023.108138

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波