松铲仿生减阻耐磨结构是受到自然界中某些生物具有减阻耐磨特征的身体结构或器官的启发，并基于仿生学原理而设计的，本书系统地介绍了深松铲减阻耐磨仿生技术。其主要内容包括：绪论、仿生减阻耐磨深松铲设计制造、仿生棱纹形几何结构耐磨深松铲刃磨料磨损试验研究、深松铲耕作阻力试验研究、深松铲田间耕作试验研究、深松铲土壤耕作过程离散元模拟分析、深松技术装备研究现状及发展趋势。本书是作者多年来研究工作的系统总结，书中的农业机械仿生学思想可以为解决农业生产实际问题提供很好的借鉴和帮助，具有较高的学术参考价值和实践应用价值。

1）本书基于仿生学原理设计了深松铲仿生减阻耐磨结构。
2）将土壤洞穴动物小家鼠爪趾高效的土壤挖掘特性应用于深松铲减阻结构设计，实现了降低深松耕作阻力的目标，且减阻效果显著。
3）将水生软体动物栉孔扇贝和土壤洞穴动物穿山甲体表鳞片表面的棱纹形几何结构应用于深松铲刃的耐磨设计，使深松铲刃的耐磨性显著提高，延长了使用寿命。
4）利用离散元法对深松铲与土壤接触的力学特性进行了模拟分析，进一步证明了结论的正确性。
5）本书是作者多年来研究工作的系统总结，书中的农业机械仿生学思想可以为解决农业生产实际问题提供很好的借鉴和帮助，具有较高的学术参考价值和实践应用价值。

近年来，关于仿生学的研究内容和成果十分丰富，而农业工程领域的研究成果相对较少。仿生学的研究成果很大一部分可以用来解决农业生产实际问题。因此，关于农业工程的仿生学应用研究业已成为农业工程领域的研究热点。本书所著内容是作者多年从事仿生学与农业工程相结合研究的成果，主要针对典型农业机械触土部件深松铲在使用过程中存在的工作阻力大和磨损失效快这两个核心问题开展研究工作。耕作阻力大必将使拖拉机的油耗升高，磨损失效快将导致部件使用寿命缩短。这两个技术难题不解决，都将大大增加农业生产成本。本书作者及其团队突破传统的设计理念，将仿生学原理应用于深松铲的减阻耐磨性结构设计。作者的前期研究发现，自然界中某些生物(如土壤洞穴动物穿山甲、水生软体动物贝类等）的体表组织或器官具有优异的减阻耐磨特性，这些特殊的组织器官所表现出的良好减阻耐磨性能可以被用于深松铲的减阻耐磨性结构设计。经过多年努力探索，作者终于开发研制出一种带有特殊结构的仿生减阻耐磨深松铲。与传统深松铲相比，在不额外增加制造成本的前提下，仿生减阻耐磨深松铲的作业阻力大大降低，耐磨性显著提高。这一研究成果不仅丰富了仿生学的研究内容，同时也为解决农业工程领域的实际问题提供了新的思路和方向。
从仿生生物原型的选定到深松铲减阻耐磨结构设计，再到最终完成产品的制造，本书对全过程进行了系统的阐述。全书共7章，主要内容包括：绪论、仿生减阻耐磨深松铲设计制造、仿生棱纹形几何结构耐磨深松铲刃磨料磨损试验研究、深松铲耕作阻力试验研究、深松铲田间耕作试验研究、深松铲土壤耕作过程离散元模拟分析、深松技术装备研究现状及发展趋势。本书既可作为从事仿生学和农业工程研究的科技工作者的参考书，亦可作为高校相关课程的教学参考书。
在本书编写过程中，作者得到了有关单位及教师的大力支持与帮助，并得到了业内专家、学者及同行的热忱指导。参与本书资料收集与整理工作的有：梧州学院机械与资源工程学院钟山教授、谢开泉教授、马渝钊老师、许胜焱老师、林达濠老师、陈晓昀老师、段家现老师、冯静老师、颜克春老师。吉林大学生物与农业工程学院及佳木斯大学机械工程学院的很多老师对本书的理论分析及试验部分给予了大力支持。在此，作者一并表示衷心的感谢。
由于作者水平有限，书中的缺点和不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

张金波2024年5月

金波，梧州学院副教授、硕士生导师，工学博士。主要研究方向：智能农业装备。主要学术兼职：黑龙江省仿生与生物制造学会理事、国际仿生工程学会创始会员、中国农业机械学会高级会员、黑龙江省农业机械学会会员、中国机械学会高级会员、中国动力工程学会会员。主持教育厅骨干人才支持计划项目1项、科研面上项目2项，主持重点实验室开放基金1项，参与各级各类科研项目20余项。主持省教育厅十三五教育规划课题1项，主持广西教育科学十四五规划专项重点课题1项，主持省高教学会规划课题1项。发表教改论文17篇，科研论文30余篇（SCI/EI收录14篇）。出版专著1部、教材5部。获得国家专利14项。

序
前言
第1章绪论1
1.1研究目的及意义1
1.2农机触土部件的磨损与耐磨性3
1.2.1磨料磨损3
1.2.2农机触土部件的耐磨性4
1.3深松铲减阻技术5
1.4仿生学7
1.5农业机械与仿生学8
1.5.1农业机械仿生减阻技术8
1.5.2农业机械仿生黏附技术14
1.5.3农业机械仿生耐磨技术16
1.6主要研究内容20
参考文献20
第2章仿生减阻耐磨深松铲设计制造28
2.1生物耐磨结构28
2.1.1凸包形耐磨几何结构28
2.1.2棱纹形耐磨几何结构39
2.1.3鳞片形耐磨几何结构40
2.1.4凹坑形耐磨几何结构41
2.1.5螺旋形耐磨几何结构41
2.2生物耐磨几何结构特征提取及数学模型建立43
2.2.1生物特征提取43
2.2.2数学模型建立45
2.3仿生棱纹形深松铲刃设计制造46
2.3.1仿生棱纹形深松铲刃的设计原则及步骤46
2.3.2仿生棱纹形几何结构深松铲刃设计47
2.3.3仿生棱纹形几何结构深松铲刃制备49
2.4生物防黏减阻特性51
2.4.1土壤洞穴动物减阻特性分析51
2.4.2仿生减阻几何结构信息提取及数学模型建立53
2.5仿生减阻深松铲柄设计制造54
2.5.1仿生减阻深松铲柄的设计原则54
2.5.2仿生减阻深松铲柄结构参数确定55
2.5.3仿生减阻深松铲柄设计56
2.5.4深松铲柄加工制造57
2.6小结60
参考文献61
第3章仿生棱纹形几何结构耐磨深松铲刃磨料磨损试验研究65
3.1试验条件66
3.2试验设备66
3.3磨料磨损试验68
3.3.1试验方案68
3.3.2磨损试验流程69
3.4铲刃样件磨损试验结果71
3.5磨损量结果分析72
3.5.165Mn深松铲刃磨损结果分析72
3.5.2T10深松铲刃磨损试验结果分析74
3.5.3材料特性对铲刃磨损量的影响分析75
3.6深松铲刃磨损表面形貌分析77
3.6.1深松铲刃磨损表面宏观形貌分析77
3.6.2仿生棱纹形深松铲刃耐磨机理分析80
3.6.3深松铲刃磨损表面微观形态分析82
3.7小结84
参考文献85
第4章深松铲耕作阻力试验研究91
4.1试验方案的制定91
4.2试验条件92
4.3深松试验仪器设备93
4.4深松耕作土槽试验96
4.4.1试验区整地及规划96
4.4.2土壤坚实度测量96
4.4.3土壤容重测定98
4.4.4土壤含水量测定100
4.4.5试验过程101
4.5试验结果与分析102
4.5.1深松铲深松耕作试验阻力测试结果102
4.5.2仿生指数函数曲线型深松铲试验结果分析110
4.5.3深松铲耕作阻力对比分析111
4.6仿生减阻深松铲减阻机理分析114
4.7仿生铲柄与仿生铲刃协同减阻试验116
4.7.1试验方案116
4.7.2耕作阻力试验结果118
4.7.3耕作阻力对比分析126
4.8小结128
参考文献129
第5章深松铲田间耕作试验研究134
5.1试验方案134
5.1.1前进速度134
5.1.2耕深确定及调节135
5.1.3对比深松铲类型选择135
5.1.4数据采集方式135
5.2试验仪器及设备138
5.3试验场地及土壤参数测量139
5.3.1试验区划分及土壤物理性状139
5.3.2试验区土壤参数测量141
5.4田间深松试验142
5.4.1试验过程142
5.4.2耕作阻力试验结果及分析143
5.5土壤扰动形貌分析146
5.6小结149
参考文献149
第6章深松铲土壤耕作过程离散元模拟分析157
6.1离散元法简介157
6.2离散元法模拟的一般流程159
6.3土壤物理参数确定160
6.3.1土壤密度160
6.3.2土壤坚实度161
6.3.3土壤内聚力和内摩擦角161
6.3.4土壤弹性模量168
6.4深松铲-土壤接触离散元模拟169
6.4.1接触力学模型169
6.4.2土壤细观参数171
6.4.3深松铲-土壤接触离散元模拟结果171
6.5小结174
参考文献175
第7章深松技术装备研究现状及发展趋势184
7.1深松技术装备研究现状184
7.1.1国外深松技术装备研究现状184
7.1.2我国深松技术装备研究现状189
7.2深松技术装备的未来发展趋势195
参考文献196