【正文】 了試驗研究，分析了工作參數(shù)對切割性能的影響，為圓盤式切割器的設(shè)計提供了依據(jù)；1996年藺公振等[9]對鍘草機的切割器工作性能進行了試驗研究，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)的合理性選擇方法； 1998年韓正晟等[10]對回轉(zhuǎn)帶式切割器和齒形鏈式切割器進行了試驗研究，研究表明切割器適于小麥、水稻等細莖稈作物和牧草的收割；2005年楊堅等[1113]、2007年劉慶庭、向家偉等[1420] 2011年黃漢東等[21]對甘蔗作物的切割開展了大量的試驗研究、虛擬仿真和有限元分析，對莖稈切割過程進行了高速攝像分析研究，構(gòu)建了甘蔗切割力學(xué)模型并分析了甘蔗切割作用機理，為甘蔗收割機的研制提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)；2007年馬永康等[22]對檸條收割機切割器進行設(shè)計與試驗，找到了適合檸條收割的復(fù)合式切割器結(jié)構(gòu)型式與參數(shù)。2007年廖慶喜等[2324]對蘆竹收割機進行了研制，研究發(fā)現(xiàn)采用鋸齒型切割器對蘆竹進行切割是可靠的；2007年熊永森等[25]對小型往復(fù)式果園割草機進行了設(shè)計和試驗研究，研究結(jié)果該機型適應(yīng)于果園的割草作業(yè)；2009年趙春花等[26]對牧草莖稈的力學(xué)特性進行了試驗研究，對牧草的拉伸和剪切（砍切、斜切和滑切）的最大載荷、應(yīng)力、應(yīng)變和彈性模量等力學(xué)指標進行了測試，研究結(jié)果為設(shè)計牧草收獲機、打捆機及深加工等機具提供了理論依據(jù)。之后徐秀英等[27]對小型牧草收獲機雙動切割裝置進行了改進設(shè)計，解決了小型牧草收獲機單動刀工作時存在的平衡能力差、切割速度低等問題；2010年趙湛等[28]對超級稻莖稈進行了切割力學(xué)試驗，分析了切割速度、切割位置以及切割刀具組合對莖稈切割力和功耗的影響。2010年沈培玉等[29]應(yīng)用Fluent軟件及RNG k湍流模型對農(nóng)產(chǎn)品物料高速切割粉碎流場進行了數(shù)值模擬與試驗，對切割粉碎區(qū)內(nèi)物料的壓力、運動速度、剪切應(yīng)變率等性能參數(shù)進行了相應(yīng)分析。2011年李耀明等[30]對玉米莖稈往復(fù)切割力學(xué)特性進行了試驗與分析研究，分析了削切角、切割速度、切割位置、莖稈外皮與節(jié)點等因素對切割力及功耗的影響，研究為玉米莖稈切割器的設(shè)計提供了理論依據(jù)?，F(xiàn)有文獻資料表明，大部分在對切割器的研究主要針對高、粗、硬特性的作物進行研究，或者是矮、細、嫩特性的作物進行切割研究。而對柔韌性好、纖維多、莖稈細長、植株地面生長特征凌亂復(fù)雜等特點的作物切割研究基本上沒有，龍須草相對其他作物有非常大的區(qū)別，由于其自身特性纖維長、柔韌性好，傳統(tǒng)的切割裝置和切割方法難以正常實施機械化收割作業(yè)，田間試驗表明在用傳統(tǒng)的切割器進行收割時會出現(xiàn)系列問題，比如纏草、刀片磨損、切割割茬不整齊、單株切割不完整等問題。 國外研究情況 目前國外主要有印度對龍須草有一定的研究，主要體現(xiàn)在對龍須草的水土保持、農(nóng)藝性狀、生物學(xué)特性、病蟲寄主等方面的研究[3135]。3 課題的研究意義鄒冬生等2000年在對龍須草的葉片橫切面進行顯微觀察發(fā)現(xiàn)，莖稈里含有大量的韌性纖維，正是該韌性纖維的存在造就了龍須草的優(yōu)良造紙性能。但是由于目前大部分采用手工收割，由于龍須草莖稈自身物理特性的特點，人工收割時勞動強度大、生產(chǎn)率低（人均1～2分地/天）。我國在龍須草種植開發(fā)的研究較晚，因此我國現(xiàn)有龍須草種植面積僅為宜種面積的6%。近年來龍須草作為一種可再生的優(yōu)質(zhì)造紙原料，得到了當?shù)馗骷壵母叨戎匾?，因此逐步被列為重點扶持開發(fā)對象，隨著龍須草的大面積種植和推廣，高強度的收割作業(yè)已經(jīng)難以適應(yīng)當前生產(chǎn)的發(fā)展。據(jù)實地了解，各地種植戶曾經(jīng)嘗試用手持式機械切割器對龍須草進行切割，由于龍須草的優(yōu)良的柔韌性，在收割作業(yè)時出現(xiàn)收割刀纏草現(xiàn)象嚴重、刀片磨損快、刀片更換頻繁、作業(yè)效果不理想且作業(yè)成本高等諸多問題，最終都以失敗告終。而另一方面龍須草到了成熟季節(jié)農(nóng)藝要求必須在短時間內(nèi)收割完，以保持良好的生物特性，目前隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，以往的純手工收割已經(jīng)難以應(yīng)付現(xiàn)有的生產(chǎn)，龍須草收割環(huán)節(jié)成為制約龍須草大面積種植生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸。 因此本選題對龍須草的生物力學(xué)特性及仿生切割機理進行研究和設(shè)計，可以為龍須草收割機的設(shè)計提供理論依據(jù)，為實現(xiàn)龍須草的機械化收割奠定技術(shù)基礎(chǔ)，提高機械工作效率，減少人力損耗，對龍須草的大面積種植推廣將起到重要的推進作用。4 總體結(jié)構(gòu)及工作原理 設(shè)計思路本課題設(shè)想從龍須草莖稈的生物力學(xué)特性入手，在掌握其自身物理性能特性的前提下，從切割機理研究出發(fā)，通過模擬人工切割龍須草的方式來提高切割支撐效果，改變傳統(tǒng)作物莖稈被動自然狀態(tài)下的切割為主動夾持狀態(tài)下的切割，對具有高韌性多纖維細長莖稈特征的龍須草莖稈實施仿人工切割原理，最終提高切割效果。同時對仿人工切割機理進行研究，最終為龍須草收割機械的設(shè)計提供技術(shù)指導(dǎo)和理論依據(jù)。 工作原理仿人工切割：在機組的前方設(shè)有兩個扶草輪，扶草輪的下方設(shè)有伸縮梳整撥齒，通過同步異向的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對匍匐地面的龍須草莖稈的扶持、拉伸、推送、夾持等動作，最后實現(xiàn)對莖稈的向上梳理和柔性夾持作用，在扶草輪的后下方設(shè)有切割器，跟進的切割器刀片完成對夾持狀態(tài)的莖稈實施有效切割，切斷后的莖稈在扶草輪的夾持作用下向后上方推送，通過中間撥草輪的中間傳送最后送至集草箱，完成對龍須草莖稈的仿人工切割作業(yè)?？傮w結(jié)構(gòu)簡圖如下圖： 2. Hay box3. The driven pulley 4. Conveyor belt 5. Cut agrimony fasten 6. Bottom round straw7. At the end of round dial among grass round 8. Take the initiative to help grass round 9. Driven rotary wheel grass 10. Telescopic dial 11. Grass stem not cut fasten the scale dial straw 13. Reciprocating cutter 14. Power and transmission pulley 16 chassis 17. The surface圖1 龍須草收割機結(jié)構(gòu)圖Fig l Binata harvester structure diagram5 整體方案確定本設(shè)計的任務(wù)是結(jié)合龍須草自身的物理特性要求及生長特點，采用仿人工切割方式對其進行收割，完成對收割機的收割原理方案、動力選型、傳動系統(tǒng)和關(guān)鍵工作部件設(shè)計進行規(guī)范設(shè)計。龍須草收割機主要有動力系統(tǒng)，切割系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)和行走系統(tǒng)等組成。收割機的動力由汽油機提供。選擇單缸四沖程汽油機，，標定轉(zhuǎn)速為3600（rpm）,逆時針旋向，外形尺寸為385365325。切割系統(tǒng)選用單刀片往復(fù)運動，將回旋運動變?yōu)橥鶑?fù)運動采用曲柄連桿機構(gòu)，借鑒現(xiàn)有的谷物聯(lián)合收割機的切割裝置進行改進設(shè)計。傳動系統(tǒng)中動力由汽油機進過單級圓柱齒輪減速器和鏈輪減速，改變傳動方向以后，傳遞給曲柄主軸，再通過連桿機構(gòu)帶動動刀片做往復(fù)切割運動。另外曲柄主軸經(jīng)過鏈輪組帶動主動扶草輪運動；主軸通過一對鏈輪帶動運送裝置運動；中間撥草輪通過主動扶草輪經(jīng)過一對鏈輪帶動。運送系統(tǒng)采用皮帶運輸，皮帶上裝有撥齒將龍須草運送到后方的集草箱中。行走系統(tǒng)目前行走系統(tǒng)采用人工推行，暫時不考慮機動行走，行走輪的直徑為250mm。人的正常行走速度為35千米/小時。龍須草收割機由于采用放人工夾持，對切割裝置要求不是很高，但對切割運動速度及相關(guān)參數(shù)要有兼容收割能力。收割機的動力機型要小巧，工作可靠；操作上要簡單便利，整機輕便，價格低廉。根據(jù)以上原則，并結(jié)合龍須草收割機的農(nóng)藝要求，本論文所設(shè)計的龍須草收割機的主要技術(shù)參數(shù)：配套動力：；割幅： 1 m；割茬高度：45mm左右；切割形式：往復(fù)式；刀片刃口：平面形；刀齒間距：39mm；前進方式：手扶推行式；操縱人數(shù)：1人；工效：334m2/h左右。6 切割系統(tǒng)的設(shè)計 仿人工夾持扶草輪的設(shè)計龍須草由于莖稈物料特性表現(xiàn)出韌性好、纖維長等特點，因此傳統(tǒng)的切割裝置無法適應(yīng)機械化收割。通過模擬人工切割龍須草的方式來提高切割支撐效果，改變傳統(tǒng)作物莖稈被動自然狀態(tài)下的切割為主動夾持狀態(tài)下的切割，對具有高韌性多纖維細長莖稈特征的龍須草莖稈實施仿人工切割原理，最終提高切割效果，對扶草輪進行仿人工設(shè)計，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如下所示： 1. Pulling weeds telescopic rod 2. Fixed limit baffle ring 4. pressure ring 5. The sleeve 6. ball 7. Fixed camshaft 8. help grass round 9. Expansion path圖2 扶草輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig2 Help sheaves internal structure工作時，主動扶草輪由曲柄主軸經(jīng)過一對鏈輪傳遞動力，而中間的凸輪軸固定不動，主動輪與從動輪端部有一對相互嚙合的大齒圈，工作時做同步異向運動，帶動伸縮撥草桿，實現(xiàn)模仿人工撥草夾持動作。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： 圖3 扶草輪外部結(jié)構(gòu)Fig3 Help sheaves external structure扶草輪的半徑r=250mm,轉(zhuǎn)速為n,根據(jù)單