鯊魚盾鱗仿生起苗鏟減阻仿真分析

霍鵬，李建平，楊欣，許述財

（1.河北農(nóng)業(yè)大學機電工程學院，河北 保定 071000；2.清華大學汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室，北京 100084)

1 引言

近幾年，仿生學的應(yīng)用廣泛，機器人研究中，文獻[1]提出一種基于直線驅(qū)動、具有空間三并聯(lián)五桿柔性機構(gòu)的機器人仿生足部；文獻[2]根據(jù)鳥類的飛行特性，設(shè)計了一種兩自由度仿生撲翼飛行機器人；文獻[3]應(yīng)用仿生原理，對鼴鼠挖掘的功能形態(tài)學、技術(shù)及運動軌跡進行研究，提出了仿生挖掘機器人工作時的軌跡要求及位移匹配要求；車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計研究中，文獻[4]在原車尾部設(shè)計非光滑棱紋仿生結(jié)構(gòu)，并采用多目標遺傳算法對帶有棱紋仿生結(jié)構(gòu)的Ahmed車輛模型進行優(yōu)化分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的車輛模型阻力系數(shù)降幅和升力系數(shù)降幅分別為5%、29.35%，能夠起到顯著的減阻增穩(wěn)效果；薄壁結(jié)構(gòu)研究中，文獻[5]基于結(jié)構(gòu)仿生學原理，對晶胞單元薄壁管進行仿生設(shè)計，并采用響應(yīng)面法進行薄壁管結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計出具有優(yōu)良吸能特性的仿生薄壁管。

仿生應(yīng)用不勝枚舉，將動物的某些優(yōu)良的身體特征應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械耕作部件的減阻結(jié)構(gòu)設(shè)計中也已成為機械領(lǐng)域研究的熱點，以仿生學作為研究手段設(shè)計觸土部件的形態(tài)和結(jié)構(gòu)來減少土坡對觸土部件的工作阻力也已經(jīng)取得實質(zhì)性的進展[6?7]。一些學者將仿生學應(yīng)用在犁的設(shè)計上，文獻[8]根據(jù)機引犁壁工作特性，研制出可減粘降阻的仿生犁壁，并通過室內(nèi)試驗與田間試驗發(fā)現(xiàn)仿生犁壁可比普通犁壁降低油耗（5.6～12.6）%，降低犁耕阻力（15～18）%，并具有較好的脫土性和耐磨性；文獻[9]根據(jù)典型土壤動物蜣螂體表的減粘降阻和脫附效應(yīng)開發(fā)了應(yīng)用于水田的仿生犁壁，研究仿生水田犁壁面上幾何非光滑結(jié)構(gòu)單元的尺寸和分布對犁耕阻力的影響，田間對比測試表明，仿生非光滑水田犁壁與普通光滑水田犁壁相比，降低犁耕阻力（15.9～18.0）%，減少油耗11.9%，提高生產(chǎn)率20.5%；文獻[10]以仿生非光滑犁鏵的鏵式犁和普通犁鏵的鏵式犁在田間進行的試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，確定了由于犁體不同對犁耕作業(yè)經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響的評價指標，并對各指標進行了量化及標準化處理，結(jié)果表明，仿生非光滑犁鏵的鏵式犁比普通犁鏵的鏵式犁可顯著提高犁耕作業(yè)的經(jīng)濟效益約1.62倍。一些學者將仿生學應(yīng)用在深松鏟的設(shè)計上，文獻[11]基于櫛孔扇貝的瓣表面棱紋形結(jié)構(gòu)，將其良好耐磨性能應(yīng)用于深松鏟刃的磨損表面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，并在土壤磨料作用下與普通平板型試驗樣件進行了對比磨料磨損試驗，結(jié)果表明在不同的滑動速度下，仿生試驗樣件比平板型樣件的質(zhì)量磨損量減小了（13～30）%，且T10樣件的耐磨性優(yōu)于65Mn樣件；文獻[12]將小家鼠爪趾高效的土壤挖掘性能應(yīng)用于深松鏟減阻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計了鏟柄破土刃口為指數(shù)函數(shù)曲線型減阻深松鏟，通過田間試驗表明，耕作阻力隨著耕深和前進速度的增大而增大，在相同試驗條件下，仿生減阻深松鏟與傳統(tǒng)深松鏟相比，耕作阻力降低（8.5～39.5）%，減阻效果明顯；文獻[13]通過對狗獾爪趾的觀察，設(shè)計了一種仿狗獾爪趾的鏟柄刃口為多項式曲線、鏟尖為圓弧形的新型深松鏟，并進行土槽試驗，結(jié)果表明仿生鏟比傳統(tǒng)鏟耕作阻力減小了（13.33～21.72）%。

一些學者將仿生學應(yīng)用在挖掘鏟的設(shè)計上，文獻[14]據(jù)螻蛄前足脛節(jié)爪趾第1趾的體視顯微鏡照片設(shè)計了馬鈴薯挖掘鏟鏟片，并基于離散元法對仿生鏟片挖掘土壤的過程進行數(shù)值模擬，在同等條件下與普通鏟片進行仿真結(jié)果對比，結(jié)果表明，仿生鏟片較普通鏟片前進阻力減小了11.36%，垂直方向減小了17.65%，仿生鏟片對土壤顆粒間黏結(jié)力的破壞率比普通鏟片高2.68%；文獻[15]分析野豬頭部幾何模型，得到六條曲線的擬合方程，加工出五種不同的仿生起壟鏟，土槽試驗表明仿生曲線的選取越靠近野豬頭部的前端，其減阻效果越好。

隨著現(xiàn)代化規(guī)模果園的發(fā)展，高質(zhì)量苗木出圃對機械化的要求越來越高。成品苗木的挖掘是蘋果苗木生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來，我國一些苗圃基地采用簡單改裝的犁或林木起苗機挖掘蘋果樹苗，起苗效果不理想[16]。文獻[17]基于蘋果苗木起苗的園藝要求，進行了L型蘋果苗木起苗鏟的設(shè)計，生產(chǎn)出不損傷側(cè)根系的規(guī)格化標準苗木；文獻[18]通過有限元模擬起苗鏟作業(yè)受載情況，對其進行仿真優(yōu)化并試制了樣機，改進后的起苗鏟工作阻力減小，提高了作業(yè)效率；文獻[19]設(shè)計并試制了搭載曲柄搖桿機構(gòu)的蘋果果樹起苗機，田間試驗發(fā)現(xiàn)起苗效率1.6 株/s，可節(jié)省人工50.85%；文獻[20]對果樹苗木起苗機苗土分離機構(gòu)進行模態(tài)分析，設(shè)計了可改變振幅的振動機構(gòu)，通過運動仿真驗證其符合實際運動規(guī)律。

以一種錘頭雙髻鯊魚盾鱗為仿生原型，通過提取其特有的溝槽結(jié)構(gòu)，設(shè)計一種具有溝槽的仿生起苗鏟，對其進行仿真模擬，并通過與傳統(tǒng)起苗鏟進行對比分析，研究其減阻特性。

2 仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 仿生原型

鯊魚種類繁多，不同種類的鯊魚盾鱗結(jié)構(gòu)的減阻效果也各有不同。例如在高速水流中，皺唇鯊游速較慢，其盾鱗的減阻效果不如快速鯊魚，而錘頭雙髻鯊、短鰭灰鯖鯊和大白鯊則屬于快速鯊魚，盾鱗的減阻效果較好。錘頭雙髻鯊是棲息于沿岸至外洋大陸架或島嶼架上的大型鯊魚，分布于印度洋、太平洋和大西洋熱帶和溫帶海域，在中國分布于黃海、東海、臺灣北部海域。同一鯊魚不同部位的盾鱗，其尺寸、形狀以及功能都不同，功能差異性的鯊魚不同部位的盾鱗形態(tài)[21]，如圖1所示。

圖1 鯊魚不同部位盾鱗形態(tài)Fig.1 The Shape of Placoid Scale From Different Part of Shark

參考文獻[22]選擇錘頭雙髻鯊接近第一背鰭的體表部的盾鱗形態(tài)。這個部位的盾鱗當鯊魚在水中快速游動時將對水流產(chǎn)生較大影響。盾鱗溝槽結(jié)構(gòu)具有良好的減阻效果，其幾何尺寸為減阻結(jié)構(gòu)仿生制造的重要參數(shù)。

以快速鯊魚錘頭雙髻鯊盾鱗為研究對象，利用逆向工程技術(shù)對盾鱗的幾何結(jié)構(gòu)進行生物信息提取，采用掃描電鏡和激光共聚焦三維掃描顯微鏡對鯊魚皮樣本盾鱗尺寸進行了測繪。平雙髻鯊盾鱗呈覆瓦式排列，單個盾鱗為3尖5嵴型。肋條高度分別為21.3μm、16.5μm 和10.2μm，溝槽寬度分別為51.7μm、34.3μm 和16.2μm，對參數(shù)進行簡化：肋條高度分別為20μm、15μm和10μm，溝槽寬度分別為50μm、35μm和15μm[22]?；讷@得的數(shù)據(jù)建立鯊魚盾鱗三維模型能較好地再現(xiàn)盾鱗形貌，為減阻結(jié)構(gòu)的仿生制造研究奠定了基礎(chǔ)。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

利用Rhino建模軟件，建立單個鯊魚盾鱗結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)鯊魚盾鱗實際溝槽寬度與盾鱗長度的比值，將其等比例放大103倍，以保證鯊魚盾鱗應(yīng)有的尺寸特性，避免因尺寸誤差降低減阻性能。根據(jù)盾鱗形貌特性，在此基礎(chǔ)上使用曲線和曲面的控制與調(diào)整建模出單個鱗片的三維模型，如圖2所示。

圖2 盾鱗三維模型Fig.2 Three?Dimensional Model of Placoid Scale

3 起苗鏟設(shè)計指標

起苗鏟的作用是入土、碎土和斷根。設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)主要考慮起苗鏟工作隙角α、鏟長l、鏟刃角b和鏟刃張角2γ。

3.1 工作隙角α

工作隙角α，即起苗鏟工作面與起苗鏟前進方向的夾角，有α1和α2，工作隙角α1主要起切土作用，工作隙角α2主要起碎土作用。起苗鏟鏟刃入土受力圖，如圖3所示（仿生鏟只在第一嵴上分析，其余四嵴情況類似）。

圖3 起苗鏟鏟刃入土土垡受力圖Fig.3 Stress Diagram of Seedling Shovel Blade in Soil

起苗機配套動力為80馬力拖拉機，作業(yè)速度v為1.2m·s－1。為保證起苗作業(yè)，起苗鏟最大變形量不超過5mm?？紤]機組作業(yè)時，拖拉機在田間行走，取拖拉機的牽引功率PT為：

式中：Pe—拖拉機發(fā)動機牽引功率，kW（1馬力=0.736kW）；PT—拖拉機牽引功率，kW。

拖拉機的掛鉤牽引力FT為：

經(jīng)計算拖拉機掛鉤牽引力FT為19.6 kN，提供50%牽引力給起苗鏟，最大牽引效率約為55%[23]，計算得起苗鏟的驅(qū)動力T約為5.4kN，由于起苗時拖拉機勻速前進，故其反作用力即起苗鏟的阻力F。

由于受力平衡，根據(jù)圖3土垡受力分析圖，工作隙角α1可由以下方程來決定。

式中:FN—鏟面對土垡的支持力，kN；

Ff－鏟面對土垡的摩擦力，kN；

G－帶苗土垡的重力，N；

F－土壤與鏟面的摩擦系數(shù)（f＝tanθ）；

θ－土壤與鏟面的摩擦角θ＝（30～36）°。

整理方程得式（8）：

挖出土垡的質(zhì)量約25kg，取重力比例系數(shù)g為9.81m/s2，土壤對鏟面的摩擦角θ取30°，求得理論工作隙角α1為51°。實際工作隙角α1需結(jié)合起苗深度及工作性能要求而設(shè)定，遠小于上述值。α1較大有利于鏟入土，若α1值超過上式值時，則撅起土垡會堆積在鏟上，增加鏟工作阻力。α1較小不利于入土，因此選擇合適的工作隙角是十分必要的。在專業(yè)標準試驗驗證時，經(jīng)電測法測得α1為（16～17）°時，起苗機工作阻力最小，入土性能最好[24]。仿生起苗鏟工作隙角α1取16°更容易入土且不會產(chǎn)生過大工作阻力。

起苗鏟水平鏟刃的后段有仿盾鱗嵴突起，其工作隙角α2過小不利于碎土，起苗困難。α2過大時有利于松土，但要埋沒苗木，且工作阻力將增加。為了防止起苗鏟前部擁土和后部碎土不足，采用前段工作隙角α1較小，后段工作隙角α2較大。工作隙角α2一般?。?0～30）°較適宜，較低值適用于沙質(zhì)土壤，較高值適用于中等堅實的土壤。仿生起苗鏟工作隙角α2取30°，更容易碎土且不會產(chǎn)生過大工作阻力。

3.2 鏟長l

鏟長l指水平鏟刃至鏟末端的距離，分為前段l1和后段l2。前段l1根據(jù)已經(jīng)確定的前段工作隙角α1和切土深度h1確定，由l1＝h1/sinα1計算得到。后段l2可近似的由能量守恒定律確定。假設(shè)被掘起的土垡在前段l1是以起苗鏟前進速度v運動，在后段l2由起始的速度v到末端的速度為0，土垡的動能全部轉(zhuǎn)化為克服鏟面摩擦力做的功W1和克服重力做的功W2。

土垡在后段l2運動過程中能量守恒

聯(lián)立上式（3）～式（4），式（9）～式（11）得：

起苗鏟鏟長l＝l1＋l2。由此可知鏟長與工作隙角、鏟的前進速度v和土壤質(zhì)地等因素有關(guān)。當切土深度h不變時，工作隙角α增大，則鏟長l選擇較小值；當土壤堅實時，土壤對起苗鏟的摩擦系數(shù)較大，起苗鏟的前進速度為定值，則鏟長l選擇較小值；當速度增加，鏟長應(yīng)選擇較大值。速度快，土壤破碎加劇，土壤堅實時，土垡難以破碎，所以工作阻力也明顯增加，此時應(yīng)采用低速前進。α1取16°時，l1=120mm，h1=33mm。l2長按式（9）計算數(shù)值較小。為了充分松土，使苗木不產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，l2應(yīng)適當加長，取l2=（200～400）mm 較適合。較低值適用于沙質(zhì)土壤，較高值適用于中等堅實的土壤。仿生鏟選擇后段鏟長l2為240mm。

3.3 鏟刃角β

鏟刃角β指水平鏟刃的角度。合適的鏟刃角可以有效切土和剪斷苗木雜亂根系，避免土垡堆積在鏟上，增加鏟的工作阻力。刃角與刃厚相關(guān)，鏟刃厚則刃角大，刃厚會增加工作阻力，不能迅速切斷苗根，刃薄則鏟磨損快，規(guī)定起苗鏟刃角β為（10～12）°[24]。傳統(tǒng)起苗鏟由于鏟面是光滑平面，在潮濕泥土工作條件下粘連土壤，土垡即使通過鏟刃，也會在鏟面產(chǎn)生較大工作阻力。仿生起苗鏟根據(jù)盾鱗外形特點設(shè)計，在具有傳統(tǒng)鏟刃角的基礎(chǔ)上，依靠其特有的溝槽曲線保持鏟刃連續(xù)貫通到鏟末端，使鏟的工作阻力可以降低，起苗鏟刃角β為10°。動態(tài)下的非光滑表面還減小實際觸土面積，引起土垡微振動，從而進一步增加脫土性，降低起苗阻力。水平鏟刃，如圖4所示。由圖可以看出，仿生鏟刃借助溝槽曲線將挖起物平滑自然托起達到減阻效果。

圖4 仿生水平鏟刃Fig.4 Horizontal Blade of Bionic Seedling Shovel

3.4 鏟刃張角2γ

水平鏟刃張角2γ是指在水平張開的角度。張角大，鏟刃不能對苗根產(chǎn)生滑切效果，甚至撕裂苗根。張角小，鏟刃切土深度不等，即刃尖處較深，刃尖后部逐漸變淺，導致應(yīng)力集中，對鏟的磨損嚴重，且起苗不能滿足需要寬度。實際考慮起苗鏟的剛度、強度、起苗深度，一般取水平鏟刃張角2γ為（160～170）°，較大值適用于沙質(zhì)土壤，較小值適用于中等堅實的土壤[25]。仿生起苗鏟鏟刃張角選擇162°。

4 有限元建模

4.1 起苗鏟模型

為了適應(yīng)果園起苗鏟的各參數(shù)，針對鯊魚盾鱗原型做了簡化并根據(jù)起苗鏟的實際工作情況進行改進，將前端做成凸圓刃鏟刃，張角為162°，肋條高度等比例放大1.4×103倍。分別為28mm、21mm和14mm。溝槽寬度等比例放大2.8×103倍，分別為140mm、98mm和42mm。在三維繪圖軟件Rhino構(gòu)建三維模型，如圖5所示。將三維模型stp格式導入到HyperMesh中，定義各向同性材料Q235對應(yīng)的材料屬性為MATL1（*MAT＿ELASTIC），密度為ρ=7.9×103kg·m?3，楊氏模量E＝210GPa，泊松比μ＝0.3，采用自由劃分網(wǎng)格方式進行四面體網(wǎng)格劃分。

圖5 仿生起苗鏟三維模型Fig.53 D Model of Bionic Seedling Shovel

4.2 土壤本構(gòu)模型

選擇合理的土壤本構(gòu)模型，對于提高起苗鏟切削土壤數(shù)值模擬的準確性具有重要意義。在數(shù)值模擬中，土壤模型通過hyper?mesh 建立為1000×650×400mm 的長方體，土壤屬性定義為Sect?Sld，材料定義為MATL5（*MAT＿SOIL＿AND＿FOAM），其基本參數(shù)設(shè)置卡片，如圖6所示。采用自由劃分網(wǎng)格方式進行四面體網(wǎng)格劃分。

圖6 土壤模型材料參數(shù)設(shè)置Fig.6 Material Parameters of Soil Model

4.3 施加邊界條件和載荷

將土壤模型底端進行約束，起苗鏟的移動速度定義為1.2m·s?1，起苗鏟定義為指定主面（MSID），土壤定義為指定從面（SSID）。起苗鏟與土壤之間的接觸選擇為面面侵蝕接觸（*CONTACT＿EROD?ING＿SURFACE＿TO＿SURFACE），此接觸能夠保證土壤表面單元在切削失效的情況下程序自動定義新的接觸面[26]。

5 求解與分析

將設(shè)置好的模型導出k文件，在有限元求解器LS－DYNA中進行求解，利用HyperGraph打開結(jié)果文件，進行數(shù)據(jù)分析。

鏟體的切土和碎土作用都是由鏟體仿生曲面來完成的。仿生鏟面是一個形狀復雜的曲面，土壤作用在鏟面上的力包括作用在凸圓鏟刃、肋條和溝槽的力，是一個空間匯交力系。在鏟起苗過程中，鏟體對土壤產(chǎn)生推移、切割和拋翻等作用，引起土壤對鏟體的反作用力，而起苗鏟牽引阻力則是從土壤對鏟體的阻力沿前進方向的水平分力方面來考慮。起苗作業(yè)中，土壤應(yīng)力是土壤對所施加的機械力的反作用力，根據(jù)土壤應(yīng)力大小的變化可分析碎土型仿生起苗鏟的作業(yè)過程。

5.1 切削過程分析

仿生起苗鏟在1.2m/s的速度下前進，耕深350mm，分析其切削土壤過程，部分截圖，如圖7所示。起苗鏟在第20ms時與土壤接觸，如圖7（a）所示。此時，起苗鏟尖端有向上的速度分量，加上刃口處的幾何形狀，使得被切削土壤向上和向前滑移，土壤開始膨脹，此時土壤又受到來自上方土壤和起苗鏟刀的擠壓，這些條件使得土壤的最大應(yīng)力集中起苗鏟的前端上部。在第300ms時，起苗鏟完全進入土壤，土壤會隨著接觸點的破壞而逐漸向四周擴展，如圖7（b）所示。

圖7 仿生起苗鏟切削過程Fig.7 Cutting Process of Bionic Seedling Lifting Shovel

5.2 應(yīng)力與應(yīng)變

隨著起苗鏟從左側(cè)進入虛擬土壤，起苗鏟的阻力從0開始逐漸增加，起苗鏟完全進入虛擬土壤后阻力基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。因在仿真過程中起苗鏟前面的土壤的積累，導致耕作阻力增加，最大等效切削應(yīng)力為8.085×10?6MPa，等效應(yīng)變?yōu)?.089×10?11，變形遠小于設(shè)計要求的5mm，滿足設(shè)計要求。

切削土壤過程中起苗鏟等效切削應(yīng)力與等效應(yīng)力部分截圖，如圖8所示。

圖8 仿生起苗鏟切削過程Fig.8 Finite Element Analysis of Bionic Shovel

由切削過程分析和等效應(yīng)力與應(yīng)變仿真結(jié)果可知，仿生起苗鏟可實現(xiàn)起苗作業(yè)，滿足設(shè)計要求。對仿生起苗鏟的減阻效果進行了仿真對比試驗。

6 對比試驗

為檢驗仿生起苗鏟的減阻效果，以相同的結(jié)構(gòu)參數(shù)賦予傳統(tǒng)起苗鏟和仿生起苗鏟，并進行仿真試驗。根據(jù)虛擬土壤長度和農(nóng)藝要求，設(shè)置起苗鏟作業(yè)速度為1.2m/s和2m/s，耕深選擇250mm和350mm。起苗鏟耕作能量損耗仿真曲線，如圖9所示。分析圖9中能量損耗曲線，在作業(yè)速度1.2m·s－1、耕深250mm，作業(yè)速度1.2m·s－1、耕深350mm，作業(yè)速度2m·s－1、耕深250mm，作業(yè)速度2m·s－1、耕深350mm的四種工況下，相較于傳統(tǒng)起苗鏟，仿生起苗鏟的平均能量損耗分別降低了14.25%、12.89%、16.55%和13.48%。仿真結(jié)果表明仿生起苗鏟具有減阻效果，平均減阻14.29%。由此可見，仿真效果理想，仿生起苗鏟減阻性能較傳統(tǒng)起苗鏟明顯，滿足設(shè)計要求。

圖9 起苗鏟耕作能量損耗仿真曲線Fig.9 Simulation Curve of Energy Loss

7 結(jié)論

（1）提取了盾鱗溝槽結(jié)構(gòu)參數(shù)。基于結(jié)構(gòu)仿生學對錘頭雙髻鯊盾鱗進行仿生研究，對盾鱗溝槽結(jié)構(gòu)參數(shù)進行提取，肋條高度等比例放大1.4×103倍，分別為28mm、21mm 和14mm，溝槽寬度等比例放大2.8×103倍，分別為140mm、98mm和42mm。

（2）設(shè)計了仿生起苗鏟。將鯊魚盾鱗溝槽特性應(yīng)用于起苗鏟，進行仿生設(shè)計，確定仿生起苗鏟關(guān)鍵參數(shù)，工作隙角α1為16°、α2為30°，鏟長l1為200 mm、l2為240、鏟刃角β為10°、鏟刃張角2γ為162°。

（3）仿生起苗鏟的結(jié)構(gòu)強度符合設(shè)計要求。利用有限元軟件LS?DYNA模擬仿生起苗鏟切削土壤，可實現(xiàn)作業(yè)要求，完全入土過程中最大等效切削應(yīng)力為8.085MPa，等效應(yīng)變?yōu)?.089×10?11，變形遠小于設(shè)計要求的5mm，滿足設(shè)計要求。

（4）仿生起苗鏟較傳統(tǒng)起苗鏟的能量損耗較少，減阻效果明顯。通過仿真試驗將仿生起苗鏟與傳統(tǒng)起苗鏟進行對比研究發(fā)現(xiàn)，在作業(yè)速度1.2m·s?1、耕深250mm，作業(yè)速度1.2m·s?1、耕深350mm，作業(yè)速度2m·s?1、耕深250mm，作業(yè)速度2m·s?1、耕深350mm的4種作業(yè)條件下，相較于傳統(tǒng)起苗鏟，仿生起苗鏟的平均能量損耗分別降低了14.25%、12.89%、16.55%和13.48%，平均減阻14.29%，仿生起苗鏟減阻效果明顯。

由于目前采用3D打印制造成本較大且不易實現(xiàn)，傳統(tǒng)機械加工不能完全保證仿生起苗鏟溝槽結(jié)構(gòu)特性的準確性，并未進行樣件制造與田間試驗，后續(xù)研究將繼續(xù)對仿生起苗鏟進行參數(shù)優(yōu)化并考慮制造樣件與田間試驗。