賈洪雷 王萬鵬 陳 志 鄭鐵志 張 鵬 莊 健

(1．吉林大學(xué)工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春130025;2．吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，長春130025; 3．中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會，北京100083;4．吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理中心，長春130022; 5．雷沃重工股份有限公司，濰坊261206)

農(nóng)業(yè)機(jī)械觸土部件優(yōu)化研究現(xiàn)狀與展望

賈洪雷1，2王萬鵬1，2陳 志2，3鄭鐵志4張 鵬5莊 健1，2

(1．吉林大學(xué)工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春130025;2．吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，長春130025; 3．中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會，北京100083;4．吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理中心，長春130022; 5．雷沃重工股份有限公司，濰坊261206)

簡述了農(nóng)業(yè)機(jī)械觸土部件的發(fā)展及現(xiàn)狀，歸納了可提升觸土部件減阻降耗、減粘脫附和耐磨延壽等性能的諸多優(yōu)化設(shè)計方法，明確了土壤性狀與觸土部件結(jié)構(gòu)或材料之間的互作關(guān)系，提出觸土部件材料的優(yōu)化制造工藝，分析了仿生等先進(jìn)設(shè)計方法在觸土部件上的應(yīng)用前景，最后總結(jié)了觸土部件設(shè)計、加工等方法對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械性能的保障性作用，并對未來觸土部件的研究趨勢和發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

農(nóng)業(yè)機(jī)械;觸土部件;優(yōu)化設(shè)計

引言

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具的發(fā)明、改進(jìn)、發(fā)展與人類社會的發(fā)展有著密切的關(guān)系，如犁耕技術(shù)的傳播與應(yīng)用極大地促進(jìn)了人類的遷徙、社會的發(fā)展和人口的增加［1－2］，而農(nóng)業(yè)機(jī)械的出現(xiàn)和發(fā)展極大地推動了農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步。農(nóng)業(yè)機(jī)械在不同的作業(yè)過程中需構(gòu)建不同的土壤結(jié)構(gòu)，其中土壤耕作部件起到了至關(guān)重要的作用。

土壤耕作部件是指通過特定的觸土部件與土壤發(fā)生機(jī)械作用，使與其接觸的土壤產(chǎn)生破碎、切削、翻轉(zhuǎn)或移動等效果，統(tǒng)稱各類觸土部件為土壤耕作部件［3－5］，農(nóng)業(yè)機(jī)械在作業(yè)過程中會產(chǎn)生大量能耗，而大部分能耗來自于克服土壤耕作部件作業(yè)時產(chǎn)生的阻力［6－7］，作業(yè)時，土壤耕作部件受土壤顆粒的沖擊將導(dǎo)致磨損和斷裂失效，使土壤耕作部件的使用壽命縮短，將直接使農(nóng)業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)成本變高［3，8－10］。而隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械向著大型化、復(fù)合化方向發(fā)展，對觸土部件的各項(xiàng)性能提出了越來越高的要求，這使得農(nóng)業(yè)機(jī)械觸土部件的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)和方法成為該領(lǐng)域研究的重要前沿和熱點(diǎn)之一。

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的專業(yè)化程度進(jìn)一步提升，觸土部件種類不斷增多，但在實(shí)際作業(yè)過程中普遍存在阻力大、能耗高、粘附和磨損嚴(yán)重、作業(yè)效果與農(nóng)藝要求不匹配等問題［3，10－11］，如土壤粘附使犁耕阻力增加30%以上［12－13］，耕整機(jī)械能耗增加30% ～50%［14－15］，播種機(jī)械出苗率降低5% ～10%，而不同部件對于性能優(yōu)化的需求各不相同，因此，本文分析觸土部件的種類和性能需求，總結(jié)不同性能的優(yōu)化設(shè)計方法，展望觸土部件研究發(fā)展趨勢，為提高我國觸土部件研究水平、提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備性能和效益提供參考。

1 觸土部件分類與性能優(yōu)化需求

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的機(jī)械化作業(yè)過程中，作物的種植一般包括播前耕整地、播種、田間管理和收獲等環(huán)節(jié)，而大部分的觸土部件應(yīng)用于其中前3個作業(yè)環(huán)節(jié)中，如播前耕整地用犁、耙、旋耕和鎮(zhèn)壓等部件，播種作業(yè)用開溝、覆土整形和鎮(zhèn)壓等部件，田間管理用深松、培土等部件［16］。不同部件的結(jié)構(gòu)、作業(yè)方式各不相同，因此對其進(jìn)行性能優(yōu)化的方向也不相同，如犁和深松鏟等部件作業(yè)阻力大、能耗高［6，17－19］，減阻降耗就成為其重要的優(yōu)化研究方向［20－23］，表1所示為幾種主要觸土部件的性能特點(diǎn)及其對性能優(yōu)化的要求。

目前，發(fā)達(dá)國家在農(nóng)機(jī)觸土部件的設(shè)計過程中，均充分考慮到機(jī)具的結(jié)構(gòu)、功能和農(nóng)藝要求、土壤性狀等因素，并通過結(jié)合材料成分與優(yōu)化加工工藝，來保證觸土部件的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合作業(yè)要求，同時也實(shí)現(xiàn)了部件生產(chǎn)企業(yè)的專業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)生了許多國際知名的專業(yè)觸土部件生產(chǎn)商，如西班牙貝洛塔公司，其生產(chǎn)的耙片、犁尖、犁壁、圓盤開溝器等部件，為雷肯、庫恩、約翰-迪爾、格蘭等企業(yè)生產(chǎn)的機(jī)具配套，顯著提高了產(chǎn)品的附加值［30］。

而我國目前農(nóng)機(jī)觸土部件生產(chǎn)企業(yè)大多數(shù)規(guī)模較小，產(chǎn)業(yè)集中度低，技術(shù)實(shí)力和加工能力相對薄弱，在高精度成型、高強(qiáng)耐磨材料熱處理等方面存在問題［32］，因而導(dǎo)致我國農(nóng)機(jī)觸土部件性能、使用壽命和作業(yè)質(zhì)量與國際先進(jìn)水平仍存在差距，難以滿足我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的需要。

2 部件-土壤相互作用研究與減阻減粘結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

由于觸土部件作業(yè)產(chǎn)生的阻力消耗了大量的動力和能源，因此減阻始終是土壤耕作部件設(shè)計領(lǐng)域的首要目標(biāo)。研究表明，在耕作過程中，土壤對觸土部件產(chǎn)生的作用力主要有土壤變形所產(chǎn)生的反作用力和摩擦力，同時受土壤剪切強(qiáng)度、土壤內(nèi)聚力、土壤內(nèi)摩擦角和外摩擦角等因素影響［33－36］。此外土壤與部件之間的粘附作用顯著影響著部件的作業(yè)阻力、功耗和質(zhì)量，由于影響土壤粘附的因素眾多，許多科研工作者從不同角度提出了不同的理論和學(xué)說以解釋和說明土壤粘附的現(xiàn)象與規(guī)律，如毛細(xì)管理論［12，37－38］、五層界面理論［39］、合力理論［12，40］、分子電荷理論以及粘附界面的分子模型理論［41］，但大多數(shù)為基于Fountaine的水膜張力理論，這是因?yàn)樵诟鬟^程中，土壤和觸土部件表面的粘附與界面水膜的狀況呈現(xiàn)出密切的關(guān)系［42］。

土壤存在著成分復(fù)雜、內(nèi)部成分和結(jié)構(gòu)不均勻、不同成分與部件接觸特性存在顯著差異、不同水分溫度條件對土壤特性影響顯著等問題［43－45］，同時現(xiàn)有土壤-部件作用關(guān)系理論依然存在著制約因素多，計算過程繁復(fù)，而導(dǎo)致模擬仿真計算量大、結(jié)果可靠性較差等問題［46－50］。因此需要針對不同的部件和作業(yè)條件，建立更為簡潔和準(zhǔn)確的計算模型，借助快速提升的超級計算機(jī)的運(yùn)算能力，提高部件-土壤關(guān)系分析的效率和準(zhǔn)確性，為部件的優(yōu)化設(shè)計提供基礎(chǔ)。

國內(nèi)外研究者對觸土耕作部件與土壤的相互作用關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)研究，并建立了相關(guān)的模型，同時利用模型對觸土耕作部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，如圓盤犁的牽引力和功率計算預(yù)測模型［51－52］;鏵式犁牽引力預(yù)測模型［53］;犁體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法［54］;利用有限元非線性分析法對碎土輥耙齒進(jìn)行強(qiáng)度和剛度分析，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［55］;基于切土、拋土和轉(zhuǎn)運(yùn)對動力消耗影響的旋耕刀分析模型及優(yōu)化設(shè)計方法［56］;采用離散元法研究開溝器的工作過程及工作阻力，為開溝器的研究和優(yōu)化設(shè)計提供了一種新方法［57］;分析深松鏟翼張角、刃角、翼傾角與觀測指標(biāo)牽引阻力之間的數(shù)學(xué)模型，為深松鏟的優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)［58］;通過建立立柱式深松鏟受力數(shù)學(xué)模型進(jìn)行深松鏟結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［59］。在上述研究的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外研究者對觸土部件進(jìn)行了有針對性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

表1 主要觸土部件的性能特點(diǎn)及其對性能優(yōu)化的要求Tab．1 Performance characteristics of soil-engaging com ponents and requirement for performance optim ization

隨著數(shù)值模擬技術(shù)和方法的發(fā)展，國內(nèi)外研究者針對不同作業(yè)環(huán)節(jié)和土壤條件，進(jìn)行了觸土部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與分析，如應(yīng)用EDEM軟件進(jìn)行深松鏟性能分析，檢驗(yàn)了破土刃切削刃角θ與滑切角φ最優(yōu)效果設(shè)計的折線破土刃深松鏟［17］，以及采用ANSYS/LS-DYNA分析和優(yōu)化設(shè)計得到的復(fù)合形態(tài)深松鏟［60］;運(yùn)用DEM分析土壤和旋耕刀作用下秸稈的微觀運(yùn)動行為，為秸稈處理機(jī)械中旋耕刀的設(shè)計與優(yōu)化提供理論依據(jù)［61］;在ANSYS/LS-DYNA軟件中完成犁體耕作過程的動力學(xué)模擬仿真，表明在與土體-犁體接觸點(diǎn)垂直的平面內(nèi)，體位移以與犁體接觸點(diǎn)為中心呈環(huán)帶狀向四周逐漸減?。?2］;采用ANSYS軟件對免耕播種機(jī)缺口圓盤刀進(jìn)行了有限元靜強(qiáng)度分析，得到刀片的應(yīng)力分布圖，為缺口圓盤刀的設(shè)計和優(yōu)化提供了理論依據(jù)［63］。

在模擬仿真研究的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外研究者通過理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，進(jìn)行了不同觸土部件的減阻減粘結(jié)構(gòu)設(shè)計，如經(jīng)檢驗(yàn)振動法減粘降阻的裝置試驗(yàn)，當(dāng)土壤含水率為38.7%，振動率在60～100 Hz之間時，板上土壤分離的效果最明顯［64］;如由驅(qū)動圓盤犁和鏵式犁組合而成的組合式左翻驅(qū)動圓盤犁，入土力矩顯著增大，實(shí)現(xiàn)了減阻的效果［65］;通過田間試驗(yàn)，對深松鏟受力數(shù)學(xué)模型進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對深松鏟結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，降低了作業(yè)阻力［59］;綜合深松鏟對土壤擾動疏松效果、牽引阻力及溝形面積比阻分析，入土角α為21°的鑿形鏟是相對最優(yōu)的鏟形［66］;基于星形耙片的曲面和星齒刃口曲線的幾何參數(shù)對作業(yè)質(zhì)量及作用力的影響關(guān)系，對耙片結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化［67］;利用TRIZ沖突矩陣建立的犁壁減粘脫附結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法［68］等，均能夠有效降低觸土部件在特定條件下的作業(yè)阻力或土壤粘附，提高部件的作業(yè)質(zhì)量和效率，優(yōu)化性能指標(biāo)。

研究者通過對觸土部件與土壤之間關(guān)系的研究及對現(xiàn)有觸土部件機(jī)構(gòu)的不斷優(yōu)化，使得觸土部件在減阻減粘結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面取得了顯著的效果，與此同時研究者也開始將仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計等新型設(shè)計方法應(yīng)用于觸土部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同樣取得了良好的效果。

3 觸土部件仿生設(shè)計方法

土壤動物是土壤中生存的各種動物的總稱，土壤動物在億萬年的進(jìn)化過程中，進(jìn)化出大量適應(yīng)地下生活，能夠降低挖掘阻力、土壤粘附和運(yùn)動磨損的多尺度結(jié)構(gòu)，為與土壤作用的觸土部件的減阻、減粘和耐磨結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了天然的摹本和高效的優(yōu)化設(shè)計途徑，如基于蜣螂體表結(jié)構(gòu)設(shè)計的仿生犁壁，能夠?qū)崿F(xiàn)減粘脫附性能［69－70］，通過方鼴鼠爪趾結(jié)構(gòu)曲線連接碎茬刀和旋耕刀刃口曲線研制的仿生旋耕碎茬通用刀片［71］，在作業(yè)時刀片扭矩和機(jī)器振動顯著降低;通過模仿蚯蚓結(jié)構(gòu)和運(yùn)動行為設(shè)計的仿生開溝器［72］和鎮(zhèn)壓輥仿生減粘脫附結(jié)構(gòu)［73］，均可減少觸土部件表面土壤粘附;基于黃鼠、小家鼠爪趾結(jié)構(gòu)設(shè)計的可降低深松作業(yè)阻力的仿生深松鏟柄［74］和鏟柄破土刃口結(jié)構(gòu)［75］等，在減阻、減粘脫附等性能優(yōu)化方面取得了良好的應(yīng)用效果。

表2是一些具有代表性的觸土部件仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例。

我國觸土部件的仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計已取得一系列創(chuàng)新性成果，成為國際仿生學(xué)研究的重要分支之一。但目前隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)速度、精度的快速提升，單純依靠對土壤動物器官分析和模仿進(jìn)行觸土部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法也已經(jīng)不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，因此，在之后的研究中需要針對觸土部件的使用環(huán)境進(jìn)行生物原型的選擇和分析，以提高仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性;在仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，對土壤動物的運(yùn)動學(xué)特性進(jìn)行深入的分析，研究其運(yùn)動對減阻、耐磨、減粘等特性的影響規(guī)律和作用機(jī)理，并將這些運(yùn)動特征引入觸土部件機(jī)構(gòu)設(shè)計中，實(shí)現(xiàn)觸土部件性能的動態(tài)優(yōu)化，進(jìn)一步提高部件性能。

4 觸土部件新材料與新工藝應(yīng)用技術(shù)

觸土部件在耕作過程中，會受到土壤顆粒的沖擊，導(dǎo)致磨損、斷裂等形式的失效，為了提高耕作部件的性能和壽命，研究人員一直在努力優(yōu)化觸土部件的材料性能和加工工藝，如采用白口鑄鐵加工的陽城犁鏡就是其中的杰出代表［81－82］。但隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)速度和強(qiáng)度的快速提升，對觸土部件的硬度、強(qiáng)度和韌性均提出了更高的要求，而同步提高的硬度和韌性也正是材料學(xué)領(lǐng)域的重大難題之一，為此國內(nèi)外研究人員分別從材料自身和工藝方法等方面開展研究，提高了觸土部件的性能。

絕大部分的觸土部件是由鋼鐵材料制造的，而面對觸土部件對硬度、強(qiáng)度和韌性的較高要求，生產(chǎn)觸土部件所采用的鋼鐵材料也逐步由鑄鐵材料向合金鋼材料發(fā)展，其中應(yīng)用最為廣泛的是65Mn鋼，通過采用合理的熱處理工藝，可以在保證其強(qiáng)度和韌性的前提下，有效提高其應(yīng)變硬化指數(shù)，使部件表面在作業(yè)過程中形成硬化層，有效提高耐磨性［83－85］。近年來隨著冶煉、加工和熱處理技術(shù)的發(fā)展，硼鋼越來越多地應(yīng)用在觸土部件的生產(chǎn)領(lǐng)域，如西班牙貝洛塔公司采用28MnB5鋼加工的觸土部件，表面硬度可達(dá)48～52 HRC，兼具優(yōu)良的韌性和硬度［86－88］。表3是65Mn鋼和28MnB5鋼的主要成分、熱處理工藝和主要性能。

表2 觸土部件仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例Tab．2 Structuralbionicdesignexamplesofsoil-engagingcomponents

表3 65Mn鋼和28MnB5鋼Tab．3 Comparativeof65Mnand28MnB5

但具有較高強(qiáng)度的硼鋼材料在生產(chǎn)、加工和熱處理等環(huán)節(jié)還存在較大技術(shù)難度，尤其是目前我國企業(yè)尚無法保證硼鋼材料加工的觸土部件在熱處理后的結(jié)構(gòu)精度，這也成為制約這些材料應(yīng)用的瓶頸。

為了保證觸土部件耐磨、減粘等性能，同時保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和韌性，研究者采用多種工藝方法在韌性材料表面構(gòu)建具有不同結(jié)構(gòu)的功能性結(jié)構(gòu)，成為觸土部件優(yōu)化性能和提高使用壽命的重要途徑，如在觸土部件表面通過熔覆、粘接等方式添加高硬度的合金或陶瓷涂層，以提高部件的耐磨性和使用壽命，同時保證部件的機(jī)械強(qiáng)度和韌性［89－93］;通過合理的熱處理或鑄造方法，形成材料結(jié)構(gòu)和性能的梯度分布，提高部件表面的硬度和耐磨性，保證部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和韌性［94］，通過涂覆高分子涂層減少土壤在觸土部件表面的粘附，提高材料微觀粗糙度與接觸角等方法，提高作業(yè)質(zhì)量［79，95－97］。這些方法的應(yīng)用顯著提高了部件的性能、作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率，降低了部件的使用成本。

如犁壁表面的仿生涂層結(jié)構(gòu)可降低土壤的粘附［80，98－99］;通過研究犁壁表面磨損特性研發(fā)的激光表面雕刻方法，可降低犁壁磨損造成的損失［100－101］;在旋耕片表面采用高速氧燃料噴涂WC/Co復(fù)合涂層、采用等離子噴涂Al2O3涂層，旋耕刀片磨損速率顯著降低，而等離子噴涂Al2O3刀片的磨損速率幾乎未變［102］;利用熱噴涂技術(shù)在旋耕刀具表面噴涂WC-Co-Cr、Cr3C2NiCr和Stellite-21 3種涂層，噴涂涂層對刀具的磨損率有明顯的改觀，WC-Co-Cr涂層具有優(yōu)異的耐磨性能［103］;在30MnB5鋼制成的犁頭表面分別電鍍20μm硬鉻層、化學(xué)鍍20μm的鎳涂層以及物理氣相沉積4μm的TiN涂層，并在砂質(zhì)粘壤土中進(jìn)行耐磨損試驗(yàn)，結(jié)果表明，TiN涂層的耐磨性能優(yōu)于硬鉻層和鎳涂層［104］;采用火焰熔覆［105－106］或激光熔覆［107－109］在65Mn等鋼基體上制備了金屬基或陶瓷基耐磨涂層結(jié)構(gòu)，可有效提高犁體耐磨性和使用壽命。幾種觸土部件表面處理方法及應(yīng)用如表4所示。

表4 觸土部件表面處理方法Tab．4 Surface pre-treatments of soil-engaging com ponents

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對農(nóng)機(jī)裝備的要求已不僅局限于高效低耗地完成各個作業(yè)環(huán)節(jié)，還需要作業(yè)后的地表環(huán)境與農(nóng)藝要求相匹配，這就需要農(nóng)機(jī)觸土部件結(jié)構(gòu)和作業(yè)方式與農(nóng)藝要求實(shí)現(xiàn)緊密的融合，同時，我國種植農(nóng)業(yè)存在多區(qū)域、多熟制和多品種的特點(diǎn)，這也要求觸土部件在實(shí)現(xiàn)基本功能的前提下，需要針對不同的環(huán)境條件實(shí)現(xiàn)一定的適應(yīng)性。

以耕整地用鎮(zhèn)壓裝置為例，不同的土壤條件、作物品種和種植模式，對播前種床土壤的要求各不相同，需要具有不同結(jié)構(gòu)和功能的鎮(zhèn)壓裝置進(jìn)行作業(yè)，鎮(zhèn)壓器有V型鎮(zhèn)壓器、網(wǎng)環(huán)形結(jié)構(gòu)鎮(zhèn)壓器、圓筒形鎮(zhèn)壓器等，而針對不同的工作環(huán)境、土壤構(gòu)成、地表平整度，有不同類型的鎮(zhèn)壓器，如防風(fēng)噴霧鎮(zhèn)壓器、雙面牙嵌型鎮(zhèn)壓器、直面風(fēng)扇型鎮(zhèn)壓器、菊型鎮(zhèn)壓器、AqueelⅡ型鎮(zhèn)壓器和仿形鎮(zhèn)壓器等［110－112］，表5為幾種常用鎮(zhèn)壓器主要適用耕作環(huán)境或與之配套用的機(jī)具。

表5 鎮(zhèn)壓裝置Tab．5 Press-device

5 觸土部件與農(nóng)藝融合設(shè)計方法

此外，國內(nèi)外研究者還針對不同作物和不同農(nóng)藝要求開展了如開溝、鎮(zhèn)壓、覆土整形、松土等部件的針對性結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化，如針對大豆種子結(jié)構(gòu)和種植模式設(shè)計的雙V型筑溝器［113－114］和仿形彈性鎮(zhèn)壓輥［115－117］，針對不同作物、種植模式和土壤條件設(shè)計的鎮(zhèn)壓裝置可保證播種作業(yè)過程中的鎮(zhèn)壓效果［118］;針對免耕條件下開溝作業(yè)易纏繞堵塞等問題設(shè)計的組合式開溝器、缺口圓盤開溝器［119－124］等，保證了免耕播種等保護(hù)性耕作技術(shù)的發(fā)展和推廣;為改善種床質(zhì)量、提高播種分布直線性及播深一致性，設(shè)計了仿形滑刀式開溝器［125－127］;為使覆土器能夠較好地完成覆土作業(yè)，達(dá)到理想的覆土效果，同時盡量減少種子觸土后的位移而設(shè)計雙圓盤式覆土器［128］;根據(jù)土壤墑情和不同作物鎮(zhèn)壓力需求不同的農(nóng)藝要求隨時調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓力的可變力苗帶鎮(zhèn)壓器等［129］;針對保護(hù)性工作時秸稈粉碎效果的農(nóng)藝要求設(shè)計的V-L型秸稈粉碎還田刀片，延長了刀片的使用壽命、提高了秸稈粉碎效果和作業(yè)效率［130］;在固定壟保護(hù)性耕作農(nóng)藝要求條件下，對松壟割刀理論受力、作業(yè)油耗、土壤體積含水率增量性能指標(biāo)進(jìn)行評價，確定使用V型松壟割刀作業(yè)的綜合效益最高［131］。表6為與農(nóng)藝相配套設(shè)計的觸土部件。

表6 與農(nóng)藝相配套的觸土部件結(jié)構(gòu)設(shè)計Tab．6 Structural design of soil-engaging componentsmatch the agronomy

6 展望

綜上可見，隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要功能更多、效率更高、生產(chǎn)成本更低的農(nóng)業(yè)機(jī)械，而觸土部件在保證和提升農(nóng)業(yè)機(jī)械性能方面發(fā)揮著極為重要的作用，研究者通過研究土壤-部件相互作用關(guān)系，采用計算機(jī)模擬仿真、材料優(yōu)化設(shè)計、仿生設(shè)計等方法，對觸土部件進(jìn)行了多方面的優(yōu)化設(shè)計，降低了部件的作業(yè)阻力、磨損、粘附和作業(yè)成本，提升了部件的作業(yè)效率、作業(yè)質(zhì)量和使用壽命，滿足了農(nóng)藝對農(nóng)機(jī)和觸土部件的需求。

但同時，觸土部件的優(yōu)化并沒有完全滿足農(nóng)機(jī)發(fā)展的需求，尤其在我國存在著多地域、多作物和多熟制的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國情，觸土部件的優(yōu)化設(shè)計面臨更大的難度和挑戰(zhàn)，因此對我國農(nóng)機(jī)觸土部件優(yōu)化設(shè)計提出以下展望:

(1)針對我國不同地區(qū)土壤特性、作物品種、種植模式等差異，研究明確不同土壤-作物-部件間的互作關(guān)系，為觸土部件針對性優(yōu)化設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。

(2)充分發(fā)揮多學(xué)科交叉研究優(yōu)勢，依靠具有技術(shù)優(yōu)勢的龍頭企業(yè)和院校，攻克硼鋼等關(guān)鍵材料的冶煉、加工和熱處理工藝等技術(shù)瓶頸，保證觸土部件材料性能。

(3)在傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮計算機(jī)模擬仿真、仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計和表面處理技術(shù)等研究設(shè)計和加工方法的優(yōu)勢，開展農(nóng)機(jī)觸土部件高效優(yōu)化設(shè)計和加工。

(4)針對不同地域、作物和農(nóng)藝要求開展觸土部件優(yōu)化設(shè)計，通過農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的緊密融合，進(jìn)一步提高觸土部件作業(yè)質(zhì)量和效益。

1 高亨注．詩經(jīng)今注［M］．上海:上海古籍出版社，1980．

2 沈昌蒲，王秋華，溫錦濤．從犁的工作部件看中國和西歐設(shè)計思想的差異［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2007，38(6):178－183．SHEN Changpu，WANG Qiuhua，WEN Jintao．Difference of design idea of plow share between Chinese and west European［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2007，38(6):178－183．(in Chinese)

3 李慶達(dá)，郭建永，胡軍，等．土壤耕作部件耐磨減阻處理的研究現(xiàn)狀［J］．表面技術(shù)，2017，46(2):119－126．LIQingda，GUO Jianyong，HU Jun，et al．Research status of wear resistance and drag reduction treatment of soil cultivation components［J］．Surface Technology，2017，46(2):119－126．(in Chinese)

4 郭志軍，杜干，周志立，等．土壤耕作部件宏觀觸土曲面減阻性能研究現(xiàn)狀分析［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2011，42(6):47－52．GUO Zhijun，DU Gan，ZHOU Zhili，et al．Actuality analysis of resistance-reducing properties on soil cultivating componentswith differentmacroscopic soil-engaging surfaces［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2011，42(6): 47－52．(in Chinese)

5 郭志軍，周志立，張毅，等．土壤耕作部件仿生優(yōu)化設(shè)計研究［J］．中國科學(xué)(E輯:技術(shù)科學(xué))，2009(4):720－728．GUO Zhijun，ZHOU Zhili，ZHANG Yi，et al．Bionic optimization design of soil tillage parts［J］．Science in China(Series E: Technological Sciences)，2009(4):720－728．(in Chinese)

6 翟力欣．犁體結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)對流變型土壤耕作阻力的影響研究［D］．南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011．ZHAI Lixin．Study on the effects of plough＇sworking and structure parameters on its resistance under rheological soil［D］．Nanjing: Nanjing Agricultural University，2011．(in Chinese)

7 楊國欣，鄧云澤，陳婷，等．土壤耕作部件力學(xué)綜述［J］．農(nóng)業(yè)與技術(shù)，1996(4):40－41．

8 楊豐，陳曉微，周長奎．耐磨材料在土壤耕作部件中的應(yīng)用［J］．農(nóng)機(jī)化研究，2000，22(3):111－112．

9 吳萬盛，王浩．土壤耕作部件的耐磨性初探［J］．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1987，9(4):98－101．

10 王隆基，張玉福．土壤耕作部件磨損過程的模擬［J］．糧油加工與食品機(jī)械，1980(3):53－55．

11 王路，王成武，戈振揚(yáng)．土壤－耕作部件相互作用的研究進(jìn)展［J］．農(nóng)機(jī)化研究，2012，34(12):7－11，20．

12 GILLW R，VANDEN Berg G E．Soil dynamics in tillage and traction［J］．Soil Science Society of America，1968，32(3):4．

13 孫一源，高行方，余登苑．農(nóng)業(yè)土壤力學(xué)［M］．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，1985．

14 REN LQ，WANG Y P，LIJQ，etal．Flexible unsmoothed cuticles of soil animals and their characteristics of reducing adhesion and resistance［J］．Chinese Sci．Bull．，1998，43(2):166－169．

15 CONG Q，REN L Q，CHEN B C，et al．Using characteristics of burrowing animals to reduce soil-tool adhesion［J］．TASAE，1999，42(6):1549－1556．

16 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院．農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊［M］．北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2007．

17 鄭侃，何進(jìn)，李洪文，等．基于離散元深松土壤模型的折線破土刃深松鏟研究［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2016，47(9): 62－72．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?flag=1＆file_no=20160910＆journal_id=jcsam．DOI: 10．6041/j．issn．1000-1298．2016．09．010．ZHENG Kan，HE Jin，LIHongwen，etal．Research on polyline soilbreaking blade subsoiler based on subsoiling soilmodel using discrete elementmethod［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(9):62－72．(in Chinese)

18 張強(qiáng)，張璐，于海業(yè)，等．復(fù)合形態(tài)深松鏟耕作阻力有限元分析與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2012，43(8):61－65．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?flag=1＆file_no=20120812＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/ j．issn．1000-1298．2012．08．012．ZHANG Qiang，ZHANG Lu，YU Haiye，et al．Finite element analysis and experiment of soil resistance ofmultiplex-modality subsoiler［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2012，43(8):61－65．(in Chinese)

19 馬守鋒．深松鏟工作狀態(tài)受力分析與計算機(jī)模擬［D］．鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004．MA Shoufeng．Force analysis and computer simulation of the subsoiler in working state［D］．Zhengzhou:Henan Agricultural University，2004．(in Chinese)

20 田麗梅，任露泉，韓志武，等．仿生非光滑表面脫附與減阻技術(shù)在工程上的應(yīng)用［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2005，36(3): 138－142．TIAN Limei，REN Luquan，HAN Zhiwu，et al．Applications of anti-adhesion and anti-resistance of biomimetic non-smooth surface in engineering［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2005，36(3):138－142．(in Chinese)

21 SHAHGOLIG，F(xiàn)IELKE J，DESBIOLLES J，et al．Optimising oscillation frequency in oscillatory tillage［J］．Soil and Tillage Research，2010，106(2):202－210．

22 REN L Q，CONG Q，TONG J，et al．Reducing adhesion of soil against loading shovel using bionic electro-osmosismethod［J］．Journal of Terramechanics，2001，38(4):211－219．

23 REN L Q，HAN ZW，LI J J，et al．Effects of non-smooth characteristics on bionic bulldozer blades in resistance reduction against soil［J］．Journal of Terramechanics，2003，39(4):221－230．

24 https:∥www．nongjitong．com/product/nonghaha_1lf-535_plough．html［EB/OL］．

25 http:∥am．lovol．com．cn/farm/ga3040．htm［EB/OL］．

26 http:∥www．chinahongri．cn/products_detail/productId=255．htm l［EB/OL］．

27 https:∥www．nongjitong．com/company/32905．html［EB/OL］．

28 https:∥www．nongjitong．com/product/6693．htm l［EB/OL］．

29 https:∥www．nongjitong．com/company/tiancheng［EB/OL］．

30 方憲法，陳志，蘇文鳳．我國農(nóng)業(yè)裝備制造業(yè)自主創(chuàng)新戰(zhàn)略研究［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2007，38(5):69－73．FANG Xianfa，CHEN Zhi，SUWenfeng．Research on indigenous innovation strategy of Chinese agricultural equipment industry［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2007，38(5):69－73．(in Chinese)

31 陳雙坤，吳剛．仿生耐磨設(shè)計的研究現(xiàn)狀及展望［J］．機(jī)械工程師，2012(9):45－48．

32 白學(xué)峰，魯植雄，常江雪，等．中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化現(xiàn)狀與發(fā)展模式研究［J］．農(nóng)機(jī)化研究，2017，39(10):256－262．

33 REN Luquan，TONG Jin，LIQianqiao，etal．Soil adhesion and biomimetics of soil-engaging components:a review［J］．Journalof Agricultural Engineering Research，2001，9(3):239－263．

34 TONG Jin，GUO Zhijun，REN Luquan．Curvature features of three soil-burrowing animal claws and their potential applications in soil-engaging components［J］．International Agricultural Engineering Journal，12(3＆4):119－130．

35 HENDRICK JG，BAILEY A C．Determining components of soil-metal sliding resistance［J］．TASAE，1982，25(4):845－849．

36 ROBBINSD H，JOHNSON C E，SCHAFER R L．Modeling soil-metal sliding resistance［J］．ASAE，1987，87:1580．

37 貝佛爾L D．土壤物理學(xué)［M］．周傳槐，譯．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，1983．

38 秋山豐，橫井肇．土壤粘著性的研究(第2報)［J］．日本土壤肥料學(xué)雜志，1972，43(8):271－277．

39 秋山豐，橫井肇．土壤粘著性的研究(第3報)［J］．日本土壤肥料學(xué)雜志，1972，43(9):315－320．

40 錢定華，張際先．土壤對金屬材料粘附和摩擦研究狀況概述［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，1984，15(1):69－78．

41 張際先，桑正中，高良潤．土壤對固體材料粘附和摩擦性能的研究［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，1986，17(1):32－40．

42 FOUNTAINE E R．Investigation intomechanism of soil adhesion［J］．Journal of Soil Science，1954，5(2):251－263．

43 丁啟朔．耕作力學(xué)研究的土壤結(jié)構(gòu)及其評價方法［D］．南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006．DING Qishuo．Soil structure and its assessment for soil tillage research［D］．Nanjing:Nanjing Agricultural University，2006．(in Chinese)

44 張世熔，鄧良基，周倩，等．耕層土壤顆粒表面的分形維數(shù)及其與主要土壤特性的關(guān)系［J］．土壤學(xué)報，2002，39(2): 221－226．ZHANG Shirong，DENG Liangji，ZHOU Qian，et al．Fractal dimensions of particle surface in the plowed layers and their relationships with main soil properties［J］．Acta Pedologica Sinica，2002，39(2):221－226．(in Chinese)

45 丁啟朔，丁為民，孟為國，等．耕作力學(xué)研究中的土壤結(jié)構(gòu)表現(xiàn)與評價［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2007，38(8):62－66．

46 李偉，張帥磊，黃玉祥，等．深松深度對土壤擾動影響的仿真與試驗(yàn)研究［J］．農(nóng)機(jī)化研究，2017，39(11):153－157．

47 黃玉祥，杭程光，苑夢嬋，等．深松土壤擾動行為的離散元仿真與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2016，47(7):80－88．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20160712＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/ j．issn．1000-1298．2016．07．012．HUANG Yuxiang，HANG Chengguang，YUAN Mengchan，et al．Discrete element simulation and experiment on disturbance behavior of subsoiling［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(7):80－88．(in Chinese)

48 方會敏，姬長英，F(xiàn)ARMAN Ali Chandio，等．基于離散元法的旋耕過程土壤運(yùn)動行為分析［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2016，47(3):22－28．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20160304＆flag=1＆journal_id= jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2016．03．004．FANG Huimin，JIChangying，F(xiàn)ARMAN Ali Chandio，et al．Analysis of soil dynamic behavior during rotary tillage based on distinct elementmethod［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(3):22－28．(in Chinese)

49 劉國敏，鄒猛，徐濤，等．波紋表面接觸土壤顆粒動態(tài)響應(yīng)仿真分析［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2013，44(1):85－89．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20130117＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2013．01．017．LIU Guomin，ZOU Meng，XU Tao，et al．Simulation on dynamic behavior of soil particle contact with wavy surface［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2013，44(1):85－89．(in Chinese)

50 鐘江，蔣建東，姜濤，等．基于光滑粒子流體動力學(xué)仿真的板結(jié)土壤深旋耕技術(shù)［J］．機(jī)械工程學(xué)報，2010，46(19):63－69．ZHONG Jiang，JIANG Jiandong，JIANG Tao，et al．Deep-tillage rotavator technology based on smoothed particle hydrodynamics simulation［J］．Journal of Mechanical Engineering，2010，46(19):63－69．(in Chinese)

51 AHMADI I．Development and assessment of a draft force calculator for disk plow using the laws of classicalmechanics［J］．Soil and Tillage Research，2016，163:32－40．

52 GODWIN R J．A review of the effectof implementgeometry on soil failure and implement forces［J］．Soil and Tillage Research，2007，97(2):331－340．

53 SAUNDERSC，GODWIN R J，O＇DOGHERTY M J．Prediction of soil forces acting onmouldboard ploughs［C］∥Proceedings of the 4th International Conference on Soil Dynamics，Adelaide，2000．

54 翟力欣，姬長英，丁啟朔，等．犁體結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作參數(shù)優(yōu)化設(shè)計［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2013，44(8):57－62．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20130810＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2013．08．010．ZHAILixin，JIChangying，DING Qishuo，et al．Optimized design of plough body structural and working parameters［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2013，44(8):57－62．(in Chinese)

55 王旭峰，張學(xué)軍，馬少輝，等．清田整地機(jī)碎土輥耙齒有限元分析［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2011，42(4):58－61．WANG Xufeng，ZHANG Xuejun，MA Shaohui，et al．Finite element analysis of clod crushing rake tooth in field cleaning machine［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2011，42(4):58－61．(in Chinese)

56 MAO P J，XING Q Q，HU C Y．The establishment and analysis on mathematicalmodel of rotary cultivator power consumption［J］．Applied Mechanics＆Materials，2012，159:366－370．

57 于建群，錢立彬，于文靜，等．開溝器工作阻力的離散元法仿真分析［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2009，40(6):53－57．YU Jianqun，QIAN Libin，YUWenjing，etal．DEM analysis of the resistances applied on furrow openers［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2009，40(6):53－57．(in Chinese)

58 周桂霞，汪春，張偉，等．基于二次正交旋轉(zhuǎn)回歸試驗(yàn)的深松鏟關(guān)鍵參數(shù)建模［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2006，27(10):86－89．ZHOU Guixia，WANG Chun，ZHANGWei，etal．Mathematicmodel of deep-shovelwith critical structure parameter based on two times orthogonal rotational regressive tests［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2006，27(10): 86－89．(in Chinese)

59 余泳昌，劉文藝，趙迎芳，等．立柱式深松鏟受力數(shù)學(xué)模型及試驗(yàn)分析［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(6):109－113．YU Yongchang，LIUWenyi，ZHAO Yingfang，et al．Forcemathematicalmodel and examination analysis of the column subsoiler［J］．Transactions of the CSAE，2007，23(6):109－113．(in Chinese)

60 張強(qiáng)，張璐，劉憲軍，等．基于有限元法的仿生鉤形深松鏟耕作阻力［J］．吉林大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版，2012，42(增刊1): 117－121．

61 方會敏，姬長英，AHMED Ali Tagar，等．秸稈-土壤-旋耕刀系統(tǒng)中秸稈位移仿真分析［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2016，47 (1):60－67．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20160109＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2016．01．009．FANG Huimin，JIChangying，AHMED Ali Tagar，et al．Simulation analysis of straw movement in straw-soil-rotary blade system［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(1):60－67．(in Chinese)

62 翟力欣，姬長英，丁啟朔，等．犁面前部土體表層位移場分布有限元分析［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2011，42(10):45－50．ZHAILixin，JIChangying，DINGQishuo，etal．Analysis of distribution of displacementon soil surface in frontof plow with FEM［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2011，42(10):45－50．(in Chinese)

63 楊帆，李問盈，李洪文，等．免耕播種機(jī)缺口圓盤刀有限元靜強(qiáng)度分析［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2010，41(6):53－55，80．YANG Fan，LIWenying，LIHongwen，et al．Finite element analysis for gap disc of no-till planter［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2010，41(6):53－55，80．(in Chinese)

64 WANG X L，ITO N，KITOK，etal．Study on use of vibration to reduce soiladhesion［J］．Journalof Terramechanics，1998(3): 87－101．

65 朱亨銀，文熙．組合式左翻驅(qū)動圓盤犁的入土及平衡性能計算分析［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27(12):29－32．

66 劉俊安，王曉燕，李洪文，等．基于土壤擾動與牽引阻力的深松鏟結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2017，48(2): 60－67．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/create_pdf．a(chǎn)spx?file_no=20170208＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2017．02．008．LIU Jun'an，WANG Xiaoyan，LIHongwen，etal．Optimization of structural parameters of subsoiler based on soil disturbance and traction resistance［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for AgriculturalMachinery，2017，48(2):60－67．(in Chinese)

67 張才權(quán)．水田耙星形耙片幾何參數(shù)的研究［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，1979，10(2):88－98．

68 李青．基于TRIZ理論和仿生原理的犁技術(shù)進(jìn)化的研究［D］．長春:吉林大學(xué)，2007．LIQing．Research on the technology system evolution of the plough based on TRIZ and bionics［D］．Changchun:Jilin University，2007．(in Chinese)

69 金俊，李建橋，張廣權(quán)，等．仿生非光滑水田犁壁的設(shè)計及田間應(yīng)用試驗(yàn)［J］．農(nóng)機(jī)化研究，2015，37(12):160－165．

70 李建橋，任露泉，劉朝宗，等．減粘降阻仿生犁壁的研究［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，1996，27(6):1－4．

71 賈洪雷，汲文峰，韓偉峰，等．旋耕-碎茬通用刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn)［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2009，40(7):45－50．JIA Honglei，JIWenfeng，HANWeifeng，et al．Experiment of structure parameters of rototilling and stubble breaking universal blade［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2009，40(7):45－50．(in Chinese)

72 馬云海，馬圣勝，賈洪雷，等．仿生波紋形開溝器減黏降阻性能測試與分析［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30(5):36－41．MA Yunhai，MA Shengsheng，JIA Honglei，et al．Measurement and analysis on reducing adhesion and resistance of bionic ripple opener［J］．Transactions of the CSAE，2014，30(5):36－41．(in Chinese)

73 賈洪雷，王文君，莊健，等．仿形彈性鎮(zhèn)壓輥減粘防滑結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2015，46(6):20－27．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20150604＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2015．06．004．JIA Honglei，WANGWenjun，ZHUANG Jian，et al．Design and experiment on reducing soil adhesion and anti-slip structure of profiling elastic press roller［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for AgriculturalMachinery，2015，46(6):20－27．(in Chinese)

74 張金波．深松鏟減阻耐磨仿生理論與技術(shù)［D］．長春:吉林大學(xué)，2014．ZHANG Jinbo．Bionic drag reduction and wear-resistant theory and techniques of subsoiler［D］．Changchun:Jilin University，2014．(in Chinese)

75 張金波，佟金，馬云海．仿生減阻深松鏟設(shè)計與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2014，45(4):141－145．http:∥www．jcsam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20140422＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．04．022．ZHANG Jinbo，TONG Jin，MA Yunhai．Design and experimentof bionic anti-drag subsoiler［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2014，45(4):141－145．(in Chinese)

76 吉林工業(yè)大學(xué)．仿生減粘脫附非光滑表面部件:中國，00134950．3［P］．2001-12-26．

77 吉林大學(xué)．仿生旋耕碎茬通用刀片:中國，200610163206．1［P］．2007-05-30．

78 吉林大學(xué)．仿生減阻深松鏟柄:中國，200410010902．X［P］．2005-02-23．

79 徐德生．仿生非光滑耐磨復(fù)合涂層的研究［D］．長春:吉林大學(xué)，2004．

80 徐德生，任露泉，邱小明，等．WC/Co基仿生非光滑耐磨復(fù)合涂層的研究［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2004，35(6):148－151．XU Desheng，REN Luquan，QIU Xiaoming，et al．Study on WC/Co based bionic bon-smoothed and composite coating［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2004，35(6):148－151．(in Chinese)

81 陳秉聰，李建橋，任露泉．傳統(tǒng)犁壁材料脫土性分析研究［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，1995，26(4):46－49．

82 錢定華．傳統(tǒng)犁壁材料-白口鐵對重粘土粘附特性的研究［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，1965，8(2):47－52．

83 趙玉鳳，王宏宇，王榮，等．旋耕刀用65Mn鋼表面滲鉻工藝優(yōu)化及其耐磨性研究［J］．農(nóng)機(jī)化研究，2012，34(10):156－160．

84 馮旭東，楊剛，崔琳珠．淬火工藝參數(shù)對65Mn鋼組織及硬度的影響［J］．熱處理技術(shù)與裝備，2009(3):70－73．

85 杜忠澤，黃俊霞，符寒光，等．65Mn鋼大塑性變形后的組織與力學(xué)性能［J］．吉林大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版，2006，36(2):143－147．

86 董占武，魏世忠，張國賞，等．變質(zhì)高碳硼鋼的沖擊磨料磨損行為研究［J］．潤滑與密封，2008(12):52－54，91．

87 楊軍，王晉華，符寒光，等．熱處理對高硼鑄鋼耐磨性的影響研究［J］．鑄造技術(shù)，2006(10):1079－1081．

88 謝從新．硼鋁共滲鋼與單元滲硼鋼的磨損特性比較［C］．中國機(jī)械工程學(xué)會摩擦學(xué)分會．第五屆全國摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集(上冊)．中國機(jī)械工程學(xué)會摩擦學(xué)分會，1992．

89 鄭英，王成磊，高原，等．鋁合金表面激光熔覆稀土CeO_2+Ni60組織及摩擦磨損性能［J］．稀有金屬，2014(5):800－806．

90 周圣豐，戴曉琴，鄭海忠．激光熔覆與激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆WC-Ni60A涂層的結(jié)構(gòu)與性能特征［J］．機(jī)械工程學(xué)報，2012，48(7):113－118．

91 徐德生，任露泉，邱小明，等．高頻釬焊WC/Co仿生非光滑耐磨復(fù)合涂層的研究［C］．中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會．中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會成立40周年慶典暨2003年學(xué)術(shù)年會論文集．中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會，2003．

92 辛存良，何世安．耐磨高分子材料/鈦合金的粘接性能研究［J］．粘接，2015(4):72－74．

93 張毅，周志立．仿生圓盤犁犁體設(shè)計與制作［J］．河南科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2002，23(3):1－3．

94 朱琳．磁控共濺射制備農(nóng)機(jī)觸土部件材料表面耐磨復(fù)合涂層研究［D］．哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015．ZHU Lin．Investigation ofwear resistant composite coatings deposited on touching soil parts ofagriculturalmachinery bymagnetron co-sputtering［D］．Harbin:Northeast Agricultural University，2015．(in Chinese)

95 VILASECA M，PUJANTE J，RAMIREZ G，et al．Investigation into adhesive wear of PVD coated and uncoated hot stamping production tools［J］．Wear，2013，308:148－154．

96 STELLA J，GERKE L，POHLM．Study of cavitation erosion and adhesive wear in Cu Sn Nialloys produced by different casting processes［J］．Wear，2013，303:541－545．

97 ROUX S L，BOHERC，PENAZZIL，etal．Amethodology and new criteria to quantify the adhesive and abrasivewear damage on a die radius using white light profilometry［J］．Tribology International，2012，52:40－49．

98 王兆亮．起壟鏟仿生設(shè)計及其降阻特性分析［D］．長春:吉林大學(xué)，2009．WANG Zhaoliang．Design and analysis of bionic ridger with tillage resistance reduction characteristics［D］．Changchun:Jilin University，2009．(in Chinese)

99 賈賢，任露泉，陳秉聰．土壤動物體表及仿生復(fù)合涂層的潤濕性［J］．材料研究學(xué)報，1996，10(5):556－560．

100 鄧石橋．仿生犁壁的減粘機(jī)理及其仿生設(shè)計［D］．長春:吉林大學(xué)，2004．DENG Shiqiao．Themechanism of reducing soil adhesion and the design of bionic plow［D］．Changchun:Jilin University，2004．(in Chinese)

101 FILIPEK J．Abrasive wear of heat-treated steel under soil conditions［J］．Research in Agricultural Engineering．2000，6:1－5．

102 ZHOU H，SUN N，SHAN N，et al．Bio-inspired wearable characteristic surface:wear behavior of cast iron with bio-mimetic units processed by laser［J］．Applied Surface Science，2007，53(24):9513－9520．

103 KAROONBOONYANAN S，SALOKHE V M，NIRANATLUMPONG P．Wear resistance of thermally sprayed rotary tiller blades［J］．Wear，2007，263:604－608．

104 KANG A S，GREWAL JS，JAIN D，etal．Wear behavior of thermal spray coatings on rotavator blades［J］．Journal of Thermal Spray Technology，2012，21:355－359．

105 NALBANTM，PALALIA T．Effects of differentmaterial coatings on the wearing of plowshares in soil tillage［J］．Turk J．Agric．，2011，35:215－223．

106 郝建軍，馬躍進(jìn)，楊欣，等．火焰熔覆鎳基/鑄造碳化鎢熔覆層在犁鏵上的應(yīng)用［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2005，36(11):139－142．HAO Jianjun，MA Yuejin，YANG Xin，etal．Experimental investigation on plowshare coated by flame cladding Ni-base castWC［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2005，36(11):139－142．(in Chinese)

107 ROUX S L，BOHER C，PENAZZIL，et al．A methodology and new criteria to quantify the adhesive and abrasive wear damage on a die radius using white light profilometry［J］．Tribology International，2012，52:40－49．

108 HORVAT Z，F(xiàn)ILIPOVIC D，KOSUTIS，et al．Reduction ofmould board plough sharewear by a combination technique of hard facing［J］．Tribology International，2008，41:778－782．

109 FIELK JM．Interaction of the cutting edge of tillage implements with soil［J］．J．Agric．Eng．Res．，1996，63(1):61－72．

110 MORRISON Jr JE．Compatibility among three tillage systems and types of plant presswheels and furrow openers for vertisol clay soils［J］．Applied Engineering in Agriculture，2002，18(3):293－295．

111 MARISOLT B，BURTONL J，ROBERTA H．Seeding depth and soil packing affect pure live seed emergence of cuphea［J］．Industrial Crops＆Products，2008，27(3):272－278．

112 BAYHAN Y，KAYISOGLU B，GONULOL E，etal．Possibilities of direct drilling and reduced tillage in second crop silage corn［J］．Soil and Tillage Research，2006，88(1):1－7．

113 賈洪雷，鄭嘉鑫，袁洪方，等．大豆播種機(jī)雙V型筑溝器設(shè)計與試驗(yàn)［J］．吉林大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版，2017，47(1):323－331．JIA Honglei，ZHENG Jiaxin，YUAN Hongfang，et al．Design and experiment of a double-V-shaped furrow opener of soybean seeder［J］．Journal of Jilin University:Engineering and Technology Edition，2017，47(1):323－331．(in Chinese)

114 吉林大學(xué)．雙V型筑溝器:中國，201510063904．3［P］．2015-05-06．

115 賈洪雷，王文君，莊健，等．仿形彈性鎮(zhèn)壓輥設(shè)計與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2015，46(6):28－34，83．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20150605＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2015．06．005．JIA Honglei，WANGWenjun，ZHUANG Jian，et al．Design and experiment of profiling elastic press roller［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2015，46(6):28－34，83．(in Chinese)

116 JIA H，WANGW，LUO X，et al．Effects of profiling elastic press roller on seedbed properties and soybean emergence under double row ridge cultivation［J］．Soil and Tillage Research，2016，162:34－40．

117 王文君．大豆精密播種機(jī)仿形仿生鎮(zhèn)壓裝置［D］．長春:吉林大學(xué)，2016．WANGWenjun．Bionic press device with profilingmechanism for soybean precision planter［D］．Changchun:Jilin University，2016．(in Chinese)

118 郭慧．行間耕播機(jī)彈性鎮(zhèn)壓裝置研究與試驗(yàn)［D］．長春:吉林大學(xué)，2014．GUO Hui．Research and experiment of elastic press device for inter-row till-planter［D］．Changchun:Jilin University，2014．(in Chinese)

119 ADUL Shakoor Khan．Slection of seed-cum-fertullizer drill:technical considerations［J］．AMA，1990，21(1):35－39．

120 賈銘鈺．免耕播種機(jī)鎮(zhèn)壓裝置的的實(shí)驗(yàn)研究與計算機(jī)輔助設(shè)計［D］．北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2000．

121 莊健，賈洪雷，馬云海，等．具有滑刀式缺口的圓盤開溝器設(shè)計與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2013，44(增刊1): 83－88．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=2013s116＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2013．S1．016．ZHUANG Jian，JIA Honglei，MA Yunhai，et al．Design and experimentof sliding-knife-type disc opener［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2013，44(Supp．1):83－88．(in Chinese)

122 狄英凱．滑刀式缺口圓盤開溝器的設(shè)計與試驗(yàn)研究［D］．長春:吉林大學(xué)，2013．DIYingkai．Design and experimentof sliding-knife notched disc opener［D］．Changchun:Jilin University，2013．(in Chinese)

123 王慶杰，姚宗路，高煥文，等．楔刀型免耕開溝器設(shè)計與試驗(yàn)［J］．機(jī)械工程學(xué)報，2008，44(9):177－182．WANG Qingjie，YAO Zonglu，GAO Huanwen，et al．Design and experiment on awedge shaped no-tillage opener［J］．Chinese Journal of Mechanical Engineering，2008，44(9):177－182．(in Chinese)

124 劉忠軍，劉立晶，楊學(xué)軍，等．指夾式玉米免耕精密播種機(jī)的設(shè)計與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32(增刊2): 1－6．http:∥www．tcsae．org/nygcxb/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=2016z201＆flag=1．DOI:10．11975/j．issn．1002-6819．2016．z2．001．LIU Zhongjun，LIU Lijing，YANG Xuejun，et al．Design and experiment of no-till precision planter for corn［J/OL］．Transactions of the CSAE，2016，32(Supp．2):1－6．(in Chinese)

125 賈洪雷，姜鑫銘，郭明卓，等．2BH-3型玉米行間播種機(jī)設(shè)計與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2015，46(3):83－89．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20150312＆flag=1＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2015．03．012．JIA Honglei，JIANG Xinming，GUO Mingzhuo，et al．Design and experiment of type 2BH-3 inter-row seeder［J］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2015，46(3):83－89．(in Chinese)

126 賈洪雷，鄭嘉鑫，袁洪方，等．仿形滑刀式開溝器設(shè)計與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(4):16－24．http:∥www．tcsae．org/nygcxb/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20170403＆flag=1．DOI:10．11975/j．issn．1002-6819．2017．04．003．JIA Honglei，ZHENG Jiaxin，YUAN Hongfang，et al．Design and experiment of profiling sliding-knife opener［J/OL］．Transactions of the CSAE，2017，33(4):16－24．(in Chinese)

127 吳俊，湯慶，袁文勝，等．油菜毯狀苗移栽機(jī)開溝鎮(zhèn)壓部件設(shè)計與參數(shù)優(yōu)化［J/OL］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32(21): 46－53．http:∥www．tcsae．org/nygcxb/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20162106＆flag=1．DOI:10．11975/j．issn．1002-6819．2016．21．006．WU Jun，TANG Qing，YUANWensheng，etal．Design and parameter optimization of ditching and compacting parts of rapeseed carpet seedling transplanter［J/OL］．Transactions of the CSAE，2016，32(21):46－53．(in Chinese)

128 王景立，劉選偉，韓明月，等．雙圓盤式覆土器的優(yōu)化設(shè)計［J］．中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報，2016，37(1):37－39．

129 王景立．精密播種機(jī)覆土與鎮(zhèn)壓過程對種子觸土后位置控制的研究［D］．長春:吉林大學(xué)，2012．WANG Jingli．The research of position control after seed contacting soil in the process of soil covering and rolling with precision seeder［D］．Changchun:Jilin University，2012．(in Chinese)

130 賈洪雷，姜鑫銘，郭明卓，等．V-L型秸稈粉碎還田刀片設(shè)計與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31(1):28－33．http:∥www．tcsae．org/nygcxb/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?file_no=20150104＆flag=1．DOI:10．3969/j．issn．1002-6819．2015．01．004．JIA Honglei，JIANG Xinming，GUO Mingzhuo，et al．Design and experiment of V-L shaped smashed straw blade［J/OL］．Transactions of the CSAE，2015，31(1):28－33．(in Chinese)

131 蔡國華，何進(jìn)，李洪文，等．固定壟保護(hù)性耕作條件下松壟割刀性能對比分析［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2010，41(12):22－28．CAIGuohua，HE Jin，LIHongwen，et al．Comparative analysis of three ridge-loosing cutters based on permanent raised bed conservation tillage［J］．Transactions of the Chinese Society for AgriculturalMachinery，2010，41(12):22－28．(in Chinese)

132 趙佳樂．留茬行間交替耕作模式配套播種機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究［D］．長春:吉林大學(xué)，2015．ZHAO Jiale．Research of key technology of no-tillage seeder for stubble retain with alternating tillage［D］．Changchun:Jilin University，2015．(in Chinese)

133 吉林大學(xué)．變曲率輪齒式破茬松土器:中國，102918945A［P］．2013-02-13．

134 姜鐵軍．免耕播種機(jī)輪齒式破茬機(jī)構(gòu)設(shè)計與試驗(yàn)研究［D］．長春:吉林大學(xué)，2013．JIANG Tiejun．Design and experimental study on gear-tooth stubble cutting mechanism of no-tillage seeder［D］．Changchun: Jilin University，2013．(in Chinese)

135 吉林大學(xué)．一種仿形仿生鎮(zhèn)壓輥:中國，201410177756．3［P］．2014-07-16．

136 吉林大學(xué)．組合式播種施肥開溝器:中國，201210450701．6［P］．2013-03-06．

137 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)．可變力苗帶鎮(zhèn)壓器:中國，200920093853．9［P］．2010-07-14．

138 吉林大學(xué)．V-L型秸稈粉碎還田刀片:中國，201110115590．9［P］．2011-08-31．

Research Status and Prospect of Soil-engaging Com ponents Optim ization for Agricultural Machinery

JIA Honglei1，2WANGWanpeng1，2CHEN Zhi2，3ZHENG Tiezhi4ZHANG Peng5ZHUANG Jian1，2
(1．Key Laboratory of Bionic Engineering，Ministry of Education，Jilin University，Changchun 130025，China 2．College of Biological and Agricultural Engineering，Jilin University，Changchun 130025，China 3．China Association of Agricultural Machinery Manufacturers，Beijing 100083，China 4．Jilin Agricultural Mechanization Management Center，Changchun 130022，China 5．Lovol Heavy Industry Co．，Ltd．，Weifang 261206，China)

The foundation and guarantee role of the modern agriculture mechanical properties of soilengaging componentswas analyzed and the primary performance parameters of soil-engaging components that need optimization at present was also summarized，which mainly included drag reduction and consumption reduction，anti-adhesion and desorption，wear resistance and life extensional and the satisfying requirements of agronomy．Themain research methods to optimize the structure and properties of soil-engaging components were summarized，which mainly included clearing the interaction between soil and soil-engaging components，optimizing material composition and machining process technology，aiming at the structure function design of agronomy．And the developing orientation of agricultural machinery soil-engaging components in China was prospected，which mainly included strengthening the basic theory research，overcoming the high-performance material processing bottleneck，designing soilengaging components by using comprehensive and advanced approach．

agriculturalmachinery;soil-engaging components;optimal design

S222

A

1000-1298(2017)07-0001-13

2017-06-19

2017-07-03

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目(2017YFD0700701)

賈洪雷(1957—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事機(jī)械化保護(hù)性耕作技術(shù)及仿生智能機(jī)械研究，E-mail:jiahl@vip．163．com

莊健(1981—)，男，高級工程師，博士，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械仿生優(yōu)化設(shè)計研究，E-mail:zhuangjian_2001@163．com

10．6041/j．issn．1000-1298．2017．07．001