农作物茎秆切割理论与方法研究进展分析

茎秆是农作物的主要副产品,也是世界范围内丰富的生物质资源。茎秆切割是刚性体与柔性体的直接互作过程,是茎秆处理的重要工序。茎秆切割与农作物高效低损伤收获及茎秆资源化利用密切相关,开展割刀与茎秆切割互作过程的研究是农艺农机深度融合的重要方面,对于农业生产与生态发展具有现实意义。为此,本文围绕茎秆切割的相关问题进行了国内外研究进展的综合评述与分析,具体为：围绕茎秆力学参数与本构模型,阐述了茎秆生物学特征与力学参数的关系、测试方法与设备、茎秆本构模型的建立及应用;结合割刀结构参数与型式、耐磨性能、自磨锐性能,介绍了割刀的结构型式与材料特性;针对割刀与茎秆的切割互作过程,系统介绍了切割原理,以及高效率、低功耗、低损伤等切割技术研究目标;从试验研究的具体参数及目标值到仿真研究的不同类型,梳理了两种研究方法在茎秆切割中的应用概况。在此基础上,结合现有问题,着重探讨了茎秆切割领域未来的发展方向,为农业生产中茎秆切割问题的深入研究提供了参考。     

农作物茎秆的力学特性研究进展

对农作物茎秆的力学模型、力学特性、茎秆微观结构与茎秆的力学特性关系进行了综合评述。目前对茎秆的力学性能的研究基本上还是参照工程材料的力学性能指标体系进行的,所建的力学模型还是将茎秆作为各向同性体,生物材料的复杂结构、粘弹性以及各向异性在目前的研究中没有得到很好的反映。提出了从材料科学的观点研究农作物茎秆的结构与功能特点,在建立茎秆材料模型的基础上,建立茎秆的力学模型与力学指标体系,进而建立茎秆材料的本构方程和破坏准则。     

圆盘式玉米茎秆切割试验台的设计与切割过程分析

研制了圆盘式玉米茎秆切割试验台,模拟了玉米等茎秆的切割过程。同时,介绍了试验台的结构与工作原理,并借助于高速摄影装置对玉米茎秆切割过程进行了试验和分析。试验表明,该试验台操作方便、数据可靠、工作可靠,是研究圆盘式茎秆切割器切割性能的有效装置。     

单茎秆切割试验台的设计与试验

针对现有联合收割机在收获粗大茎秆的超高产水稻时切割器存在功耗大、磨损加快和效率变低等问题,研制了可用于不同作物的单茎秆切割试验台,并采用摆切式结构;设计了基于Labview的测试软件,可测得作物茎秆不同切割速度、切割位置和切割刀片时切割力的时间历程;论文最后开展了水稻单茎秆6个切割位置和3种切割速度下的台架试验.试验表明,试验台工作可靠,可为切割装置的设计提供理论依据.     

谷子茎秆切割力学特性试验与分析

为减小谷子茎秆切割力、降低切割功耗,设计了茎秆往复式切割试验台,对谷子茎秆进行不同收获时间、茎秆部位、切割器组合形式、切割倾角、刀片斜角、平均切割速度和茎秆喂入速度的单因素切割试验,并在单因素试验基础上对平均切割速度、切割倾角和刀片斜角3个因素进行响应面试验。单因素试验结果表明:收获期茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随含水率的增大而减小;基部起茎秆极限切应力、单位面积切割功耗总体上随茎秆高度的增加而减小,茎秆茎节极限切应力、单位面积切割功耗较茎秆节间大;茎秆双支撑切割形式较单支撑切割形式极限切应力、单位面积切割功耗小;切割倾角0°～20°时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随切割倾角的增大先减小后增大;刀片斜角0°～48°时,茎秆极限切应力随刀片斜角的增大而减小,而单位面积切割功耗先减小后增大;平均切割速度0. 5～1. 5 m/s时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随平均切割速度的增大呈先减小后平稳变化的趋势;茎秆喂入速度对切割力学特性无显著影响。响应面试验结果表明:试验因素对茎秆极限切应力、单位面积切割功耗影响的主次顺序为平均切割速度、刀片斜角、切割倾角,且最优切割参数为:平均切割速度1. 19 m/s、切割倾角7. 2°、刀片斜角36. 4°,最优参数下茎秆极限切应力和单位面积切割功耗分别为2. 88 MPa、22. 38 m J/mm~2,验证试验值与预测值相对误差不超过3. 5%。刀片斜角对比试验表明:刀片斜角36. 4°较30°(标准Ⅱ型动刀)切割谷子茎秆时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗分别减小了6. 6%、3. 9%。     

农作物茎秆力学试验的研究综述

从拉伸、压缩、弯曲、剪切试验的不同试验类型入手,对农作物茎秆力学试验的国内外研究现状进行了综述。提出应注重试验方法的研究,逐渐实现茎秆力学测定的分类标准化,加大对果蔬高木质化茎秆与果梗力学的研究力度,并不断深化茎秆力学的建模研究。     

玉米茎秆切割能耗试验研究

以我国黄淮海以及东北地区较具代表性的玉米品种"郑单958"的茎秆作为研究对象,通过摆锤式冲击试验机进行了茎秆切割能耗试验,得到了茎秆切割的能耗情况和破坏形式,并通过一元线性回归拟合得出了茎秆切割能耗与茎秆横截面积的关系,旨在为秸秆还田装置的设计提供参考。     

超级稻单茎秆切割力学性能试验

在自制的切割试验台上对超级稻单茎秆切割力学特性进行了试验.根据测量获取的切割力连续变化曲线汁算了6种超级稻样本的切割功耗,分析了切割速度、切割位置以及切割刀具组合对茎秆切割力和功耗的影响.结果表明:不同品种超级稻单茎秆峰值切割力达到24～32 N,随着切割位置的提高切割力有小幅下降趋势,峰值切割力和切割功耗随茎秆截面积的增大几乎呈线性增加,随着切割速度的增加而逐渐减小.     

向日葵茎秆切割能耗实验研究

针对向日葵在收获切割过程中的力学变化较为复杂,现存葵花茎秆收割装置存在切割不完整、效率低和能耗高等问题,拟采用摆切式切割试验台对葵花茎秆切割能耗进行实验,研究切割速度、滑切角、割刀刃角对切割能耗的影响以及不同条件下切割能耗的变化规律.实验结果表明:①切割速度在2～3.8m/s范围内时,切割能耗逐步减小,并慢慢减缓;②滑...     

甘蔗茎秆切割机理研究

甘蔗是我国主要经济作物之一,甘蔗收获机割茬不齐、破头率高、切割损失大,严重地影响了甘蔗收获机的性能和推广应用.为此,综述了国内外在甘蔗茎秆物理力学特性、切割器、刀片及切割理论等方面的研究成果,提出了结合甘蔗茎秆材料特点和物理力学特性来研究其切割机理,将更具有科学性.结果表明,计算机仿真技术是研究甘蔗茎秆切割机理的有效手段.     

粗茎秆作物切割装置研究现状、存在问题及发展建议

秸秆作为一种重要的生物质能源,与传统矿物能源相比具有诸多优势。我国的秸秆资源相当丰富,且随着我国农业机械化水平的提高,许多作物秸秆已经应用在饲料生产等领域中。然而,我国粗茎秆作物的机械化收获仍存在很多问题,其中切割技术是收获过程的关键环节。为此,通过查阅国内外相关文献,简述了国内外粗茎秆作物切割装置的研究概况及现状,指出了目前我国秸秆收获时切割技术中仍存在的问题,着重对回转式切割装置进行了介绍,并提出了促进我国秸秆收获机械化产业发展的相关建议。     

切碎灭茬还田机的研制

国家专利产品4JQM-110型玉米秸秆切碎灭茬还田机,配套动力50-80马力拖拉机,后置双行作业,结构原理独特,利用卧式高速旋转刀,同时完成秸秆切碎和灭茬保墒复式作业,属国内独创.经省级农机专家鉴定,技术属国际领先.灭茬机构模仿人工用钣镢收获玉米秸秆的过程,把砍切刀设计成卧式高速旋转刀,使收获玉米秸秆的过程高速连续化,完成灭茬覆土保墒作业;秸秆切碎机构模仿人工用铡刀铡切玉米秸秆的过程把切刀设计成卧式高速旋转刀,使切碎秸秆过程高速连续化完成秸秆切碎作业.     

农作物秸秆机械化还田技术

农作物秸秆机械化还田技术,就是用秸秆粉碎机将摘穗后的玉米、小麦等农作物秸秆就地粉碎,均匀地抛洒在地表,随即翻耕入土,使之腐烂分解,达到大面积培肥地力的目的.     

秸秆饲料青切揉碎机的设计

根据我国畜牧业发展和秸秆饲料利用现状,研究设计了一种大型、高效秸秆饲料加工机械.该机采用直抛滚筒式切碎装置,增设了对作物秸秆和散干牧草的揉搓作用的击碎和揉碎部件,物料加工质量大大提高.喂入装置采用先进的摆臂浮动辊式喂入机构,性能可靠;同时,增加了牵引机构,可实现流动作业.动力可选配18.4kW柴油机或18.5kW电动机.     

农作物秸秆丝化加工特点及机理分析

主要对农作物秸秆用作饲料的丝化加工特点进行分析，并与其他加工方法进行比较，提出了秸秆丝化加工的经济适用性；同时，对改进的秸秆丝化机样机通过侧壁开设观察窗．运用高速摄影仪对丝化过程进行观察，对秸秆丝化加工的机理进行分析。     

秸秆饲料加工处理方法的比较分析

主要论述了秸秆饲料加工处理方法，在进行比较分析基础上，提出了秸秆丝化加工优点及经济实用性。     

玉米穗茎兼收割台切割夹持输送装置仿真与试验

以切割夹持装置为研究对象,采用Recurdyn软件构建玉米植株和切割夹持装置的刚柔混合系统,仿真分析了割刀与夹持点水平距离（-70、-35、0、35、70mm）和果穗生长方向（机器前进方向、机器前进反向、垂直前进方向）对植株结穗点位移的影响。仿真结果表明：割刀与夹持点水平距离为-70mm和-35mm时,植株无夹持切割,会向果穗生长方向倾斜,容易造成损失;割刀与夹持点水平距离为0、35、70mm时,植株夹持切割,结穗点位移变化规律相同,距离越大,对秸秆切碎均匀性越不利。试制穗茎兼收玉米割台,在机器作业速度为1.2m/s、夹持输送链线速度为1.39m/s时,进行了割刀与夹持点水平距离分别为-70mm和35mm时的田间对比试验。田间试验结果为：割刀与夹持点水平距离为-70mm时,植株收获总损失率为36.2%,水平距离为35mm时,植株收获总损失率仅为3.3%,表明先夹持再切割可以大大减小植株收获损失率,验证了仿真分析的合理性及可靠性。     

玉米秸秆制取燃料乙醇的研究进展

针对玉米秸秆的组分成分特点,探讨以玉米秸秆为原料制取燃料乙醇的机理,以及玉米秸秆预处理、水解、发酵丁艺的最新研究进展,并对各种工艺进行比较,以便为玉米秸秆原料制取燃料乙醇关键技术研究和实现产业化提供技术支持。