低阻力三七挖掘复合仿生铲设计与试验

来源：农业机械学报杂志2026年第1期北京时间：

作者：王成琳，赵则栋，李鹏飞，潘韦宇，张兆国，刘伟健

单位：昆明理工大学,昆明理工大学,昆明理工大学,昆明理工大学,昆明理工大学,昆明理工大学,

摘要：三七作为云南地区名贵中药材，其机械化收获存在挖掘阻力大的问题，减小挖掘阻力对提高三七机械化收获效率具有重要意义。针对这一问题，本文设计了一种新型复合仿生铲。通过理论分析确定了影响复合仿生铲挖掘阻力的因素：仿生刀长度、宽度和高度，铲体宽度、长度和铲刃斜角，结合上述因素和标定试验获得的物理参数，使用Hertz-Mindlin (no-slip)模型设计正交试验，得出挖掘阻力最小的复合仿生铲结构参数组合。设计跟踪颗粒位移流向的仿真试验，评估所提出的复合仿生铲减阻能力和挖掘效果。采用正交试验方法进行现场试验，确定了复合仿生铲最佳工作参数组合：入土角为15°，前进速度为0.3m/s，铲片中心间距为80mm；得到复合仿生铲的平均挖掘阻力为1094.51N，与平面铲、二阶铲和组合铲相比分别降低了25.30%、19.55%和10.76%。以上结果表明，所提出的复合仿生铲能够满足降低挖掘阻力、提高三七中药材机械化收获效率的需求。

关键词：三七挖掘铲;复合仿生铲;挖掘阻力;离散元仿真;正交试验

基金资助：国家重点研发计划项目（2022YFD2002004）、云南省“兴滇英才支持计划”青年人才项目（KKXX202423055）和云南省基础研究专项面上项目（202401CF070144）