仿蚯蚓运动多功能开沟器设计及参数优化

贾洪雷，郑 健，赵佳乐※，郭明卓，庄 健，王增辉

（1.吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春 130025；2.吉林大学生物与农业工程学院，长春 130025；3.东北师范大学人文学院，长春 130117）

0 引 言

东北地区大豆种植面积和产量约占中国的40%以上[1]，但东北地区地处寒温带，气候干燥易旱，冬季土壤封冻期较长，春季耕种时一直存在土壤耕种层积温不够和含水率不足，严重影响了大豆根系生长，延缓了大豆的生长发育。因此，相比于水稻和玉米等高产作物，大豆产量较低，同时受到进口转基因大豆的冲击，造成大豆种植面积逐年递减，2012-2016年已减少13.4%以上[2]。因此，通过提升土壤耕种层温度和含水率提高中国大豆产量，是保障中国大豆生产良性发展的有效途径。

土壤温度和含水率作为土壤主要物理参量之一，影响着土壤中水盐的运移，微生物的数量与活性，农田温室气体排放，土壤碳氮等物质的化学和生物学过程及平衡[3-6]，进而影响种子的萌发和作物的生长。土壤温度和含水率除主要受太阳辐射、大气循环和降水等外部因素影响以外，还受到土壤自身孔隙结构的影响[7-8]。土壤孔隙主要分为大孔隙和毛细孔隙[9-10]，Holden等[11]研究得出增加土壤大孔隙的数量，可加快土壤与外界的物质能量交换，可有效提高地温，但也会加速表层土壤中的水分蒸发；Skopp等[12]研究得出增加土壤毛细孔隙的数量，利用其毛细作用吸收耕种层下方土壤中的蓄水，可提高耕种层土壤含水率；因此，通过构建出合理的土壤孔隙结构，可提升东北地区春播时的耕种层土壤温度和含水率。

农业机械中的耕作部件可改善土壤孔隙结构，Haukka等[13]研究得出对土壤进行疏松作业可有效提高土壤大孔隙数量；Asare等[14-15]研究得出对土壤进行镇压作业可增加土壤毛细孔数量，有效提高土壤蓄水能力。因此，本文设计一种对表层土壤进行疏松作业，对下层土壤进行镇压作业，集松土、沟底镇压和开沟功能为一体的耕整机构，使耕种层土壤达到表层松软，下层紧实的状态，从而加速耕种层土壤对外部热量和下层蓄水的吸收，达到迅速提升耕种层土壤温度和含水率的目的。

近年来，仿生学在农业机械设计中的应用愈发广泛，如赵淑红等[16]根据旗鱼头部的流线型曲线，设计了仿旗鱼头部曲线型开沟器，优化了作业效果；马云海等[17]依据土壤动物与生俱来的减黏脱土特性，设计了仿生波纹形开沟器，具有较强的减黏降阻性能；王文君[18]研制的仿形仿生镇压装置，可有效提高土壤含水率。本文本着师法自然的思想，在自然界寻找可以改善土壤孔隙结构的生物。蚯蚓是土壤中最常见的生物之一，Lavelle等[19]的研究表明其特殊的运动方式可有效疏松土壤，改善土壤孔隙结构的作用。

基于上述原因，本文的目的是设计出一种设有仿蚯蚓动态松土开沟机构和镇压力调节机构的仿蚯蚓运动多功能开沟器，其可模拟出蚯蚓疏松土壤的生物学行为（主要包括结构和运动方式），并通过理论分析和试验优化等方法，明确仿蚯蚓运动多功能开沟器的结构参数对中国东北地区土壤温度、含水率和大豆生长发育的影响。

1 仿蚯蚓运动多功能开沟器设计及其作业原理

1.1 生物原型分析

如图1所示，蚯蚓的体壁具有环肌和纵肌2种肌肉层[20-21]，其主要依靠体壁肌肉层和刚毛的密切配合在土壤中运动[22-25]。蚯蚓运动时，首先将前端的口前叶伸入土壤缝隙并膨胀，像楔子一样插入土中，后部体节的刚毛伸出并插入土壤，起到支撑和固定的作用，而后再收缩前端的环肌产生向前的推力，使前部体节向前推进，呈收缩状态（舒张环肌层，收缩纵肌层）。环节的收缩沿着体节一节一节地向后传输，使蚯蚓身体后端向前拉，呈舒张状态（舒张纵肌层，收缩环肌层），环肌与纵肌协调地收缩使蚯蚓产生波浪式蠕动[26-28]。

图1 蚯蚓的运动过程Fig.1 Motion process of earthworm

1.2 仿蚯蚓运动多功能开沟器设计与作业原理

图2为仿蚯蚓运动多功能开沟器结构示意图。如图2a所示，仿蚯蚓运动多功能开沟器由仿蚯蚓动态松土开沟机构、镇压力调节机构、波纹圆盘、轴、机架等组成。如图2b所示，密封挡板1、波纹圆盘1、轴、镇压力调节机构、波纹圆盘2和橡胶挡板2依次焊合。仿蚯蚓动态松土开沟机构的内圆盘和外圆盘的焊合面则与轴上波纹圆盘的安装位置中心相对应，并与滚筒焊合，轴的两端与机架通过螺母固连。如图2c所示，机具作业时，在土壤阻力的作用下，仿蚯蚓动态松土开沟机构做逆时针转动，而波纹圆盘和镇压力调节机构做平移运动。

1.2.1 镇压力调节机构设计

图3为镇压力调节机构示意图。如图3所示，4个镇压力调节机构的弹簧一端套接于轴上，另一端设有滚轮，滚轮与套筒相接触，4个镇压力调节机构于轴上呈90°交错对称排列。镇压力调节机构的滚轮安装在设置于仿蚯蚓动态松土开沟机构套筒内的导轨槽中，通过调节轴上的螺母位置，可调节仿蚯蚓运动多功能开沟器对土壤的镇压力，其镇压力由式（1）得出，通过仿蚯蚓运动多功能开沟器对种沟底部的镇压作用，提高耕种层下方土壤的坚实度，进而提高耕种层下方土壤内的毛细作用，提高耕种层土壤的含水率。Celik等[29]研究发现选用60 kPa的压实力，可有效提高土壤含水量，因此本文选用的沟底镇压强度设计为60 kPa。

图2 仿蚯蚓运动多功能开沟器示意图Fig.2 Schematic diagram of earthworm-like multi-function opener

图3 镇压力调节机构示意图Fig.3 Schematic diagram of pressure regulating mechanism

式中m外为外圆盘质量，kg；m内为内圆盘质量，kg；m套为套筒质量，kg；k为弹簧弹性系数，N/m；x为弹簧原长，m；x1、x2为弹簧受力压缩后的长度，m。

1.2.2 仿蚯蚓动态松土开沟机构设计

图4为仿蚯蚓动态松土开沟机构结构示意图。如图4所示，仿蚯蚓动态松土开沟机构由外圆盘、内圆盘、套筒、内圆盘、外圆盘焊合而成，外圆盘上设有橡胶挡板。每个外圆盘和内圆盘表面均设有12个仿蚯蚓柔性凸表面机构，每个仿蚯蚓柔性凸表面机构均设有1个驱动机构，驱动机构一端与仿蚯蚓柔性凸表面机构相套接，另一端设有滚轮，滚轮与波纹圆盘表面相接触。

图4 仿蚯蚓动态松土开沟机构结构示意图Fig.4 Schematic diagram of earthworm-like dynamic scarification furrow mechanism

图5为仿蚯蚓柔性凸表面机构运动示意图。如图5所示，机具作业时驱动机构与波纹圆盘发生相对转动，当驱动机构由波纹圆盘的波谷向波峰运动时，仿蚯蚓柔性凸表面机构可模拟出蚯蚓环肌扩张，同时纵肌收缩的运动状态；当驱动机构由波纹圆盘的波峰向波谷运动时，仿蚯蚓柔性凸表面机构可模拟出蚯蚓环肌收缩，同时纵肌扩张的运动状态；随着驱动机构在波纹圆盘表面上循环往复的逆时针转动，即可驱使仿蚯蚓动态松土开沟机构在完成开沟作业的同时，模拟出蚯蚓疏松土壤的生物学行为，增强了对土壤的疏松作用，加速了耕种层土壤与外部环境之间的物质能量交换，进而更快速地提高地温。

图5 仿蚯蚓柔性凸表面机构运动示意图Fig.5 Motion schematic diagram of earthworm-like flexible convex surface mechanism

1.2.3 仿蚯蚓柔性凸表面机构布置结构设计

为降低增设仿蚯蚓柔性凸表面机构对仿蚯蚓运动多功能开沟器作业阻力的影响，每个仿蚯蚓动态松土开沟机构表面上的12个仿蚯蚓柔性凸表面机构呈阿基米德螺旋线分布，从而在最大程度上减小仿蚯蚓运动多功能开沟器的工作阻力。阿基米德螺旋线标准方程为

式中b为阿基米德螺旋线系数，表示每旋转1°时极径的增加(或减小)量；θ为极角，表示阿基米德螺旋线转过的总度数；a为当θ=0时的极径。

图6为仿蚯蚓柔性凸表面机构布置示意图。如图6a所示，仿蚯蚓动态松土开沟机构的最大半径值选取为最常见的单元盘开沟器结构参数值135 mm[30]，大豆的播种深度为50 mm。为保证作业时12组仿蚯蚓柔性凸表面机构能够全部入土作业，仿蚯蚓柔性凸表面机构布置方案如图6b所示。仿蚯蚓柔性凸表面机构于阿基米德螺旋线上呈30°间隔依次排列，当阿基米德螺旋线转过630º（即A处）时放置第一组仿蚯蚓柔性凸表面机构，其距外圆盘轴心100 mm；当阿基米德螺旋线转过990º（即B处）时，此处距圆盘轴心120 mm。

图6 仿蚯蚓柔性凸表面机构布置示意图Fig.6 Layout diagram of earthworm-like flexible convex surface mechanism

又由式（2）可得参数

又知阿基米德螺旋线平面直角坐标方程为

因此由式（2）、（3）、（4）可得仿蚯蚓柔性凸表面机构在仿蚯蚓动态松土开沟机构表面上的布置结构面直角坐标曲线方程为

1.2.4 波纹曲面结构设计

仿蚯蚓运动多功能开沟器作业时，仿蚯蚓柔性凸表面机构的驱动机构在波纹圆盘的轴向方向上进行往复运动，为使驱动机构的往复运动既无刚性冲击亦无柔性冲击，应使驱动机构运动至波纹圆盘波峰或波谷位置时的速度和加速度值均为0，因此驱动机构的往复运动方式应为正弦加速度运动，如图7所示，由此得出波纹圆盘凸起轮廓曲线方程应为

图7 波纹圆盘的轮廓曲线示意图Fig.7 Outline curve diagram of corrugated disk

式中H为波纹圆盘最大凸起高度（波峰与波谷之间的高度差）。

图8为波纹圆盘结构示意图。如图8所示，本文所设计波纹圆盘直径应小于外圆盘直径，因此波纹圆盘直径设置为250 mm。又可知

式中R1为波纹圆盘半径，mm，机具中R1=125 mm；N为波纹圆盘波峰数量。

图8 波纹圆盘结构示意图Fig.8 Schematic diagram of corrugated disk

因此由式（6）、（7）可知波纹圆盘的轮廓曲线方程为

仿蚯蚓柔性凸表面机构作业时凸起频率可由式（9）、（10）与（11）计算。

式中T为仿蚯蚓柔性凸表面机构作业时凸起周期；R2为外圆盘半径，mm，机具中R2=135 mm；V为机具作业速度，m/s；N为纹圆盘波峰数量；ω为仿蚯蚓动态松土开沟机构角速度，rad/s。

因此由式（9）、（10）和（11）可知仿蚯蚓柔性凸表面机构作业时凸频率f为

由式（8）可知，H值越大，仿蚯蚓柔性凸表面机构凸起高度越大；由式（12）可知，在机具作业速度V一定时，N决定了仿蚯蚓柔性凸表面机构作业时的凸起频率f，N越大，频率越高。显而易见H值越大，N值越大，仿蚯蚓运动多功能开沟器对土壤的疏松程度越高，对耕种层土壤的疏松程度更强，耕种层土壤的大孔隙度越高，土壤温度提升越快，耕种层土壤水分蒸发越严重。因此，通过设置不同的H、N值，可得到不同结构参数的波纹圆盘，形成不同的耕种层土壤结构，进而产生不同的土壤物理性状(温度和含水率)，因此本文选取最大凸起高度H和波纹圆盘波峰数量N为试验指标进行参数优化试验，进而完成对波纹圆盘曲面结构的设计。

2 材料与试验

2.1 试验条件与仪器设备

试验时间为2017年5月1日-7月10日，试验地点为吉林大学教学科研基地（43°55¢0.26²N，125°16¢8.36²E）。试验田为大豆玉米轮作地，2016年作物为玉米，秋季收获后进行了秸秆覆盖还田作业，2017年春季播种前地表覆盖有玉米秸秆，土壤紧实度为40.2 kPa，土壤容积密度为1.237 g/cm3，土壤含水率为21.2%，土壤温度为13.2℃，全氮质量分数为0.13%，速效钾和速效磷质量分数分别为173.2和16.5 mg/mg。2017年春季选用的大豆种子品种为禾丰50，种植模式为垄上双行交错播种，随机选定3个试验小区，每个试验小区的宽度为机具作业幅宽，长度为20 m，离地头5 m以上。

试验主要仪器设备如下：1台CASE210拖拉机（动力为154 kW，最大行进速度为40 km/h）、1台2BGD-6大豆耕播机（黑龙江省勃农兴达机械有限公司）、卷尺、耕深尺、环刀组件（100 cm3）、MP-5002型电子天平(上海精密仪器仪表有限公司)、MS-350型水分测定仪(青岛拓科仪器有限公司)、SC-900型土壤紧实度仪(美国Spectrum技术公司)、11 000型土壤温度计(美国Deltatrak技术公司)等。

2.2 试验方法

本文试验分为2个部分，第一部分为研究仿蚯蚓运动多功能开沟器结构参数对平均土壤温度（0～100 mm）、平均土壤含水率（0～100 mm）和大豆平均出苗时间的影响，由本文的分析可知仿蚯蚓柔性凸表面机构作业时的凸起高度H和波纹圆盘波峰数量N决定了仿蚯蚓运动多功能开沟器对土壤的疏松能力，因此本部分试验选取的3个试验因素为作业速度、凸表面机构作业时的凸起高度H和波纹圆盘波峰数量N。试验指标为平均土壤温度（0～100 mm）、平均土壤含水率（0～100 mm）和大豆平均出苗时间，试验因素编码表如表1所示。运用Design-Expert软件中Box-Behnken Design响应曲面设计法，共进行17组试验，其中12组为析因点，5组为零点以估计误差，并对试验结果进行分析，检验各因素对试验指标的显著性影响和各因素之间是否具有交互作用，并得出响应曲面和回归方程，优化出各因素的最佳参数组合；第二部分为仿蚯蚓运动多功能开沟器结构参数的验证对比试验。根据第一部分试验所得出最优参数组合加工出新的仿蚯蚓运动多功能开沟器，并选取传统的单元盘开沟器和双圆盘开沟器，并对3个开沟装置进行田间对比试验，对最优结构参数条件下的仿蚯蚓运动多功能开沟器相较于传统开沟器的性能优越性进行验证。

表1 因素水平编码Table 1 Coding list of factors and levels

2.3 试验指标的测试方法

根据JB/T10295-2001的相关规定，本试验以土壤平均含水率（0～100 mm）、平均土壤温度（0～100 mm）、平均出苗时间作为响应指标。

1）平均土壤含水率（0～100 mm）测定方法。播种15天后，于试验小区的对角线上，随机取样5点，于每个测定点处使用MS-350水分测定仪测定0～100 mm深度的平均土壤含水率，重复3次，取其平均值作为此点的0～100 mm平均土壤含水率。取5点的平均值作为试验小区0～100 mm平均土壤含水率。每个试验小区重复一次。

2）平均土壤温度（0～100 mm）测定方法。播种15天后，于0～100 mm平均土壤含水率测定点上测定其0～100 mm平均土壤温度。使用11 000型土壤温度计测定0～100 mm深度的平均土壤温度，重复3次，取其平均值作为此点的0～100 mm平均土壤温度。同样取5点的平均值作为试验小区0～100 mm平均土壤含水率。每个试验小区重复一次。

3）大豆平均出苗时间测定方法。从出苗开始到出苗结束期间，需要每2 d测量一次5 m内苗数，重复3次，每个试验小区重复一次。平均出苗时间MET由式（13）计算[31]。

式中Nn为从前一个时间点算起的出苗数，n=1,...,n；Tn为播种后的天数。

3 试验结果与讨论

3.1 参数优化试验结果

参数优化试验现场如图9所示。以各影响因素水平编码值为自变量，以平均土壤含水率（0～100 mm）、平均土壤温度（0～100 mm）和平均出苗时间为响应指标的试验结果，如表2所示。

图9 田间参数优化试验Fig.9 Parameter optimization of field experiment

表2 响应曲面试验设计与结果Table 2 Experiment design and result of response

对表2的数据经Design-Expert软件进行二次多元回归拟合，得到平均土壤含水率（0～100 mm）Y1、平均土壤温度（0～100 mm）Y2和平均出苗时间Y3对编码自变量的二次多元回归方程分别为

对于平均土壤含水率（0～100 mm）对编码自变量的二次多元回归方程，回归诊断显示，因素对对平均土壤含水率（0～100 mm）的影响均为显著项(P<0.05)。失拟项P值为0.192，显然P>0.05，回归方程不失拟。决定系数与校正决定系数均接近于1，表明回归方程拟合度很高，精密度值为12.528>4，表明该回归方程在设计域内预测性能良好。各因素对土壤平均含水率（0～100 mm）显著性的影响顺序依次为：波峰数量、凸起高度、作业速度。

对于平均土壤温度（0～100 mm）对编码自变量的二次多元回归方程，回归诊断显示，因素对平均土壤温度（0～100 mm）的影响均为显著项(P<0.05)。失拟项P值为0.137 6，显然P>0.05，回归方程不失拟。决定系数与校正决定系数均接近于1，表明回归方程拟合度很高，精密度值为10.108>4，表明该回归方程在设计域内预测性能良好。各因素对土壤（0～100 mm）平均含水率显著性的影响顺序依次为：波峰数量、作业速度、凸起高度。

对于平均出苗时间对编码自变量的二次多元回归方程，回归诊断显示，因素对平均出苗时间的影响均为显著项(P<0.05)。失拟项P值为1.06，显然P>0.05，回归方程不失拟。决定系数与校正决定系数均接近于1，表明回归方程拟合度很高，精密度值为15.526>4，表明该回归方程在设计域内预测性能良好。各因素对平均出苗时间显著性的影响顺序依次为：凸起高度、波峰数量、作业速度。

3.2 参数优化试验结果分析与讨论

固定3因素中的1个因素为零水平，应用响应曲面法分析其他2个因素对试验指标的影响和交互作用。运用Matlab软件对Design-Expert软件求出的回归方程进行寻优，得出最佳参数组合。

3.2.1 试验各因素对平均土壤含水率（0～100 mm）的影响规律

运用Design-Expert 6.0.10软件得到作业速度V、凸起高度H和波峰数量N对平均土壤含水率（0～100 mm）影响的响应曲面，如图10所示。

由图10可知，三因素均对平均土壤含水率（0～100mm）具有显著性影响（P<0.01），作业速度分别与凸起高度和波峰数量具有交互作用，凸起高度和波峰数量之间无交互作用。平均土壤含水率（0～100 mm）随着前进速度的加快而下降，且下降趋势逐步减缓；随着凸起高度的提升而下降，且下降趋势逐步减缓；随着波峰数量的增加而下降，且下降趋势逐步减缓。

3.2.2 试验各因素对平均土壤温度（0～100 mm）的影响规律

运用Design-Expert 6.0.10软件得到作业速度V、凸起高度H和波峰数量N对平均土壤温度（0～100 mm）影响的响应曲面，如图11所示。

图10 各因素对平均土壤含水率（0～100 mm）影响的响应曲面Fig.10 Response surfaces influenced by various factors on average soil moisture content(0-100 mm)

由图11可知，三因素均对平均土壤温度（0～100mm）具有显著性影响（P<0.01），作业速度分别与凸起高度和波峰数量具有交互作用，凸起高度和波峰数量之间无交互作用。平均土壤温度（0～100 mm）随着前进速度的加快而上升，且上升趋势逐步减缓；随着凸起高度的提升而上升，且上升趋势逐步减缓；随着波峰数量的增加而上升，且上升趋势逐步减缓。

3.2.3 试验各因素对大豆平均出苗时间的影响规律及参数优化

运用 Design-Expert 6.0.10软件得到作业速度V、凸起高度H和波峰数量N对大豆平均出苗时间影响的响应曲面，如图12所示。

由图12可知，三因素均对大豆平均出苗时间具有显著性影响（P<0.01），作业速度分别与凸起高度和波峰数量具有交互作用，凸起高度和波峰数量之间无交互作用。随着前进速度的加快，大豆平均出苗时间先下降而后上升；随着凸起高度的提升，大豆平均出苗时间先下降而后上升；随着波峰数量的增加，大豆平均出苗时间先下降而后上升。

依据试验结果分析以及模型拟合，运用Matlab软件对式（16）进行寻优求解，以平均出苗时间最早为主要寻优指标，获得最优参数取值方案：作业速度为8.55 km/h，凸起高度为6.23 mm，波峰数量为14.42，此时平均出苗时间最短（9.62 d），平均土壤含水率（0～100 mm）为18.07%，平均土壤温度（0～100 mm）为16.5℃。由于作业速度易受田间复杂地况的影响而较难保证其精准性，且规定波峰数量N只能为自然数，并综合考虑加工精度等问题，最终选取的最优参数组合为：作业速度为8 km/h，凸起高度为6 mm，波峰数量为15。

3.3 对比验证试验

依照最优方案参数组合，加工仿蚯蚓运动多功能开沟器，并与传统的单元盘开沟器和双圆盘开沟器进行对比试验。试验前，将试验田平均分为9块（A1、A2、A3…A9），每块试验田有6条垄，垄高300 mm、垄宽300 mm、每垄长为200 m，试验时选用2BGD-6大豆耕播机先后安装单元盘开沟器、双圆盘开沟器和仿蚯蚓运动多功能开沟器后，单元盘开沟器在A1、A2和A3地块进行播种作业，双圆盘开沟器在A4、A5和A6地块进行播种作业，仿蚯蚓运动多功能开沟器在A7、A8和A9地块进行播种作业，并分别测定3种开沟器作业区域的平均土壤含水率、平均土壤温度和平均出苗时间，试验结果如图13所示。

图11 各因素对平均土壤温度（0～100 mm）影响的响应曲面Fig.11 Response surfaces influenced by various factors on average soil temperature(0-100 mm)

图12 各因素对平均出苗时间影响的响应曲面Fig.12 Response surfaces influenced by various factors on average emergence time

图13 3种不同类型开沟器对大豆出苗状况的影响Fig.13 Effect on emergence of soybean of three different kinds of openers

如图13可知，仿蚯蚓运动多功能开沟器实际田间结果与计算机仿真结果基本一致，且相较于其他2种传统开沟装置，可显著提高0～100 mm平均土壤含水率（P<0.01）和0～100 mm平均土壤温度（P<0.01），并提前大豆平均出苗时间（P<0.01）。相较于2种传统开沟装置分别提高0～100 mm土壤平均含水率5.92%和4.86%，分别提高0～100 mm土壤平均温度0.5和0.4℃，分别提前大豆平均出苗时间0.5和0.92 d。以上试验结果表明：本文所设计仿蚯蚓运动多功能开沟器可有效疏松耕种层土壤，增加耕种层土壤孔隙度，进而有效提升地温，虽然同时加速了表层土壤中的水分蒸发，但通过镇压力调节机构，增大了对耕种层下方土壤的毛细现象，使下层土壤中蓄存的水资源得到有效利用，从而在总体上提升了耕种层土壤的含水率。

4 结论

1）本文所设计仿蚯蚓运动多功能开沟器设有仿蚯蚓动态松土开沟机构和镇压力调节机构，其可通过模拟蚯蚓的运动方式疏松土壤，通过沟底镇压作业压实下层土壤，其关键结构参数和作业速度均对土壤平均含水率（0～100 mm）、土壤平均温度（0～100 mm）和大豆平均出苗时间具有显著性影响，其中大豆平均出苗时间随着凸起高度、波峰数量和作业速度的增大而先下降后上升，运用Design-Expert和Matlab软件对试验结果进行响应曲面分析和回归分析，并考虑到作业速度易受田间复杂地况的影响而较难保证其精准性以及加工精度等问题，且规定波峰数量N只能为自然数，最终得出最优参数组合为：作业速度8 km/h、松土机构凸起高度6 mm和波纹圆盘波峰数量15。

2）本文所设计仿蚯蚓运动多功能开沟器相较于两种传统开沟装置，可分别提高土壤平均含水率（0～100 mm）5.92%和4.86%，分别提高土壤平均温度（0～100 mm）0.5和0.4℃，分别提前大豆出苗时间0.5和0.92 d，表明采用模拟蚯蚓生物学行为的松土机构，可有效疏松耕种层土壤，增加耕种层土壤孔隙度，进而有效提升地温，同时通过增设镇压力调节机构对种沟下层土壤进行镇压作业，可增大对耕种层下方土壤中水分的吸收，进而提升耕种层土壤含水率，最终通过对耕种层土壤物理性状的改善，达到促进大豆发育的目的。

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