【割草机设计国内外研究现状文献综述4400字】

割草机设计国内外研究现状文献综述1.1割草机国内外研究现状国外的割草机相较于国内起步较早，产品发展十分成熟，同时具有种类多、性能好、效率高等特点（牛国栋2008)。美国的迪尔公司在割草机领域处于世界先进水平，特别是由拖拉机牵引的往复式割草机与各种手扶式果园割草机，不仅具有较好的仿地形能力，而且可更换不同的护刃器，用来适应不同工况下作业（JonNewton1995）。意大利MDBS.r.L公司设计了一款LV300PRO遥控式微耕机，可悬挂各类机具，例如甩刀式割草机、雪地涡轮、割灌机和削片机，拆卸方便，实现一机多用，可满足不同工作要求，LV300PRO遥控式微耕机重心低可以在任何类型的地形，而且在各个方向上都不超过60°的坡度上轻松工作。其中的甩刀割草机机具是以液压马达驱动，割幅1.2m，甩刀轴转速3300r/min，不仅可以切割软草，甚至对小灌木也具有很好的切割效果，具有稳定性强、割草效率高等特点，适合用于果园除草（MDBLV300PRO的保养和技术指导）。图1-1LV300PRO甩刀式割草机Fig.1-1LV300PROmulchertypelawnmower日本罗宾4W22割草机采用卧式旋转甩刀，遇到障碍会回弹保护刀片，在复杂的路段也可轻松通过；由于该割草机底盘低，因此爬坡性能较好，最大爬坡能力为45°（西北园艺2018）克乐公司的DISCO割草机，具有幅宽大，效率高等优点，一般适用于广阔平原地区的牧草切割（张雯2019，马攀宇2019）。图1-2DISCO组合式割草机图1-3罗宾4W割草机Fig.1-2DISCOcombinedlawnmowerFig.1-3Robin4W22lawnmower美国的纽荷兰公司研制的488型往复式割草压扁机，其往复式割刀切割速度快，不仅具有防止缠绕等优点，而且可以协助运输物料；一般用于收获苜蓿、燕麦等作物，工作效率高，压扁折弯好，割草宽度可调节（纽荷兰2021）。图1-4488型往复式割草压扁机Fig.1-4Model488reciprocatingmowingflattener割草机具有多种切割方式，按照分割方式不同将割草机分为往复式割草机、背负式割草机、旋刀式割草机、圆盘式割草机和甩刀式割草机等（向凯2017）。（1）往复式割草机。如图1-5所示，其一般由悬架、带轮、动力传输装置、定刀和刀片组成。往复式割草机的原理是通过将传输到带轮，带轮带动动刀片做高速来回的剪切运动，主要的动力来源一般是由拖拉机或者微耕机提供，这种割草机能随意调节割茬高度，但是容易发生堵塞现象（荆龙龙2015）。2014年甘肃农业大学的罗亚兰设计出一款专门收割牧草的9GY1.2型手扶山地往复式割草压扁机，通过试验得到最优参数，提高了对牧草的利用率，但是由于制造精度不达标，也会出现牧草压扁不均匀及漏割现象（罗亚兰2014）。由于受到往复式割草机工作原理的限制，这类有割草机作业时振动大的问题。图1-5往复式割草机Fig.1-5Reciprocatinglawnmower（2）旋刀式割草机。旋刀式割草机一般通过一根高速转动的轴与刀片垂直连接来传递动力，一般为手推式，这种割草机对地面平整性要求较高，若在恶劣的地面环境下，不仅会损伤刀片，而且可能造成人员损伤，只适用于较为平整的草地，例如城市的绿化草坪或者高尔夫球场等（任兴涛等2016）。（a）旋刀式割草机（b）旋刀片图1-6旋刀式割草机及旋刀片Fig.1-6Rotaryknifelawnmowerandrotaryblade（3）滚切式割草机。滚切式割草机一般在拖拉机的牵引进行工作，利用滚切刀的自重将土壤中杂草挤压、撕裂，从而完成作业。如李江国等人研制出一种新型的滚切刀，主要应用于作物田间除草作业，除草效率较高，但是会出现一定的缠草现象（李江国等2020）。图1-7滚切刀Fig.1-7Hob（4）锯片式小型割草机。锯片式小型割草机以锯片分类可分为：三齿、四齿、多齿。以人力背负为主，如图1-8所示，锯片式小型割草机通过动力来源分类有汽油机驱动割草机和电源驱动的电传动割草机。背负式割草机具有工作灵活、携带方便和结构简单等优点，被广大农民朋友所喜爱。它也是目前市场上使用最广泛的一种割草机，在校园路边或者果园区域等需要除草的区域广泛应用。虽然锯片式小型割草机携带方便，体积小，但是存在噪音与工作环境粉尘较大的缺点，对人体健康不利（王敏等2020）。（a）锯片式小型割草机（b）锯片图1-8锯片式小型割草机及锯片Fig.1-8Sawbladetypesmalllawnmowerandsawblade（5）甩刀式割草机。甩刀式割草机一般是在一根空心甩刀轴上铰接甩刀刀片，该割草机对于复杂地面有一定的适应性，可以在一定斜坡下工作，并具有良好的割草效果。例如湖北工业大学的向凯设计的锤刀式割草机，使用了履带式平台，具有较强的抓地性，割草机机具具有很好的仿形作用，可以通过遥控控制割草机的行走、后退等，可以在斜坡等复杂环境下作业（向凯2017）。甩刀式机具不仅适用于割草也可用于香蕉假茎粉碎，例如海南大学的张喜瑞利用田间试验等到数据，通过试验数据优化出香蕉假茎粉碎还田机的最优组合参数（张喜瑞2015）也可用于玉米秸秆等农作物的还田机，例如中国农业大学的王庆杰设计的秸秆还田机（王庆杰等2018）。图1-9甩刀式割草机图1-10甩刀刀片Fig.1-9ShreddertypelawnmowerFig.1-10Shakerblade甩刀式割草机较其他种类的割草机而言，由于仿形性能好，能够很好的适应地形复杂丘陵果园；果园中常有石头等障碍物，在工作时甩刀式割草机碰到石头等障碍物，会回弹保护刀片。甩刀式割草机还具有较好粉碎杂草的功能，可以有效防止果园水土流失，更好的实现杂草还田的效果（鲍秀兰等2020）。1.3茎秆切割的研究现状国外的茎秆切割研究有如下：PrasadJ等以玉米茎秆进行试验，试验得出：玉米的截面面积和含水率很大程度上影响玉米切断时的最大剪切力和剪切能量（PrasadJetal1975）。PhillipC对甘蔗茎秆进行了剪切试验，研究说明了刀具切削角越小所需能量越大（PhillipCetal2012）。EsehaghbeygiA等以刀片倾角与刀具类型茎秆进行切割试验，以小麦茎秆作为研究对象，研究发现，锯齿形刀片在倾角为30°时切割力最小（EsehaghbeygiAetal2009）。Suastawa等研究割草机切割功耗发现，割草机切割速度与刀片倾角对其有显著影响，并选出了其中较优参数组合（Suastawaetal2003）。IgathinathaneC等为了确定垂直、倾斜、水平三个方向切割水稻秸秆的力学特性，进行了三个方向的水稻秸秆切割试验（IgathinathaneCetal2010）。国内的也有许多关于茎秆切割方面的研究，其中主要有：高振江等对茎秆的切割影响权重进行了实验探索，结果表明刀刃宽度影响最大、底刃夹角和切割速度的影响仅次于刀刃宽度（高振江1994）。吴子岳等对小麦的茎秆切割进行了实验研究，得出的结论是小麦茎秆的含水情况、切刀的切割速度以及是否有固定刀都是茎秆切割能耗的重要的影响因素（吴子岳等2001）。高梦祥等以玉米茎秆为实验对象，对比玉米茎秆的不同部位的切割效果，结论是不同部位含水率是最大的影响因素（高梦祥等2003）。刘庆庭等以甘蔗茎秆为对象，基于甘蔗茎秆材料力学模型建立了切割仿真实验，深入阐释了茎秆的切割机理（刘庆庭等2007）。陈诚等以灌木植物茎秆为研究对象，结合茎秆力学特性以及切割方式等现有的理论成果，运用数值仿真的方法提出了国内的灌木切割收获机械的发展新思维（陈诚等2010）。马永康以柠条为研究对象，在圆盘式割刀的基础上，利用带齿刀片深入探索了柠条植物茎秆的切割原理（马永康等2007）。赵辅群等以茎秆的切割不缠绕刀具为基本条件，研究出了当切割摩擦角大于滑切角时切割效果更好，此外切割力主要分为切割摩擦力和切割时刀刃作用力两个部分（赵辅群等2015）。郭茜对茎秆的切割进行了多方面研究，一方面对茎秆进行了微观的力学结构观察，建立了茎秆的弹性力学模型，另一方面以等滑切角曲线为基础设计了等滑切角下的切割器模型并进行了相关实验验证了其理论上的正确性（郭茜2016）。廖宜涛以芦竹为研究对象，对芦竹的切割机理做了深入的研究：一方面基于弹性力学相关理论对芦竹进行力学测定，实现了芦竹的关键切割部位力学参数的确定；同时运用有限元理论建立了芦竹的切割算法，进行数值模拟并最终确定了最优切割数值，实现了芦竹切割的有限元仿真模型的建立；另一方面运用线性回归法确定了切割器的最佳搭配参数，包括切割时的进给速度以及切割器的转动速度（廖宜涛2007）。张慧文以竹子为研究对象，在动刀的设计上使用了等角螺线并进行了相关实验，实验结果表明滑切角角度越大，切割的阻力和切割功率越小；同时，在滑切角的角度值达到某一数值时，切割阻力正比于切割功耗（杨健等2013，张齐生1990）。张占宽等人以木材为研究对象，对不同含水率的木材切削力进行了对比，以带有锯齿的相同形状刀具为实验材料，在切割速度等实验参数相同的情况下对不同含水率的人造木板进行切割实验，结果表明含水率的不同对实验结果有着十分显著的影响，且含水率的大小与切割力的大小成反比（张占宽等2011）。在茎秆切割方面，研究对象一般以高粱、芦竹、麦秆、玉米等农作物茎秆为主，少部分藤蔓类茎秆切割特性研究，比如马铃薯秧苗的切割特性研究。藤茎类葎草茎秆并不属于农业作物，它们属于藤蔓类杂草，由于它们的力学特性与其他农作物的植物茎秆有所差异，到目前为止，国内外没有藤蔓型杂草茎秆的切割特性研究。参考文献陈诚，俞国胜．灌木切割机理及设备研究[J]．黑龙江农业科学，2010，(08)：133-136．丁皓江等．横观各向同性弹性力学[M]．杭州：浙江大学出版社，1997．郭俊，张庆怡，MuhammadSohailMemon，姬长英，赵正．仿鼹鼠足趾排列的旋耕-秸秆粉碎锯齿刀片设计与试验[J]．农业工程学报，2017，33(06)：43-50．龚梦．中国柑橘鲜果价格形成及影响因素研究[D]．华中农业大学，2013．高梦祥，郭康权，杨中平等．玉米秸秆的力学特性测试研究[M]．农业机械学报，2003，34(4)：47-52．郭茜．藤茎类秸秆切割机理与性能试验研究[D]．江苏大学，2016．高振江，吕忠孝，张世湘．牧草和秸秆揉搓加工机理与机具研究[J]．北京农业工程大学学报，1994，(04)：72-77．侯荣国，姜鹏鹏，张明娇，魏克香，刘春秀，陈乃常．基于太阳能驱动的遥控移动草坪割草装置的设计[J]．农机化研究，2012，34(09)：73-77．贾洪雷，姜鑫铭，郭明卓，刘晓亮，王立春．V-L型秸秆粉碎还田刀片设计与试验[J]．农业工程学报，2015，31(01)：28-33．荆龙龙．果园小型割草机的设计及性能测试研究[D]．山西农业大学，2015．刘崇林．马铃薯杀秧机刀片的改进设计与试验[D]．黑龙江八一农垦大学，2019．刘俊锋．烟草不同品种（系）复合感染TMV、CMV的生理生化反应[D]．华中农业大学，2012．李江国．滚切式除草机的研究[D]．河北农业大学，2006．刘鹏，何进，章志强，卢彩云，张振国，林涵．基于CFD-DEM的秸秆还田机碎秆运动特性分析与试验[J]．农业机械学报，2020，51(S1)：244-253．刘庆庭，区颖刚，卿上乐，王万章．甘蔗茎秆切割机理研究[J]．农机化研究，2007，(01)：21-24．刘庆庭，区颖刚，王万章，卿上乐，陈海波．甘蔗茎秆的材料模型与本构方程[A]．中国农业工程学会，2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C]．中国农业工程学会：中国农业工程学会，2007：1．刘亚超．株间除草机设计、仿真与实验研究[D]．河南农业大学，2017．李永磊，宋建农，康小军，董向前，姜洪喆，彭维钦．双辊秸秆还田旋耕机试验[J]．农业机械学报，2013，44(06)：45-49．罗亚兰．GY1.2手扶山地割草压扁机的设计与试验研究[D]．甘肃农业大学，20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