丘陵地带马铃薯联合收获机中Reuleaux三角链振动式薯土分离装置的DEM-MBD耦合模型构建与验证

本文推荐：研究针对丘陵地区马铃薯收获中薯土分离效率低、伤薯率高等问题，创新性提出Reuleaux三角链振动式薯土分离装置（RTCVPSD）。通过建立离散元-多体动力学（DEM-MBD）耦合模型，优化获得工作倾角31°、链速0.8 m·s-1、振动频率4.9 Hz的最佳参数组合，田间验证显示分离效率达96.6%，伤薯率仅1.4%，为丘陵地形马铃薯收获机械研发提供理论支撑。

　　

Highlight

本研究针对丘陵地形马铃薯收获的特殊挑战，提出了一种革命性的Reuleaux三角链振动式薯土分离装置（RTCVPSD）。该装置通过独特的几何结构设计，有效解决了传统分离装置在斜坡作业时的土壤堵塞和薯块损伤问题。

DEM-MBD耦合仿真

选用中国西北主栽品种"青薯9号"（平均尺寸85 mm × 65 mm × 55 mm）作为模拟对象，基于离散元法（DEM）构建了真实薯块模型，并结合多体动力学（MBD）建立了考虑丘陵坡度的动力学模型。仿真结果显示，当工作倾角31°、链速0.8 m·s^-1、振动频率4.9 Hz时，装置性能达到最优平衡。

田间验证试验

2024年10月在宁夏西吉县进行的实地测试表明：RTCVPSD实际分离效率达96.6%（与仿真结果误差仅0.21%），伤薯率1.4%（误差2.86%），破皮率1.48%，完全满足丘陵地区马铃薯收获的技术规范要求。

Conclusion

创新性采用Reuleaux三角链杆结构，相比传统圆杆：

1）独特曲边三角形设计使链杆与土壤接触面积增加37.2%，显著提升碎土能力；

2）振动参数优化使薯块平均碰撞力降低29.8%，有效控制机械损伤；

3）DEM-MBD耦合模型预测精度超过97%，为丘陵农业装备研发提供了可靠的数字孪生平台。