1、中國地大物博，是歷史悠久的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物種類豐富、分布廣泛、產(chǎn)量巨大，因此也是農(nóng)作物秸稈資源最為充裕的國家之一。番茄藤等藤莖類秸稈與殘茬，數(shù)量巨大，作為重要的生物資源開發(fā)利用日益受到重視。這類秸稈由于難于粉碎、分解吸收處理，隨意廢棄致使病蟲害嚴重發(fā)生，而普遍焚燒處理又嚴重威脅交通安全、污染社會環(huán)境。針對量大面廣的藤莖類秸稈焚燒處理普遍、切割粉碎困難等問題，以及秸稈切割機理深入系統(tǒng)研究缺乏、切割功耗高、效率低等不足，選擇番茄藤和茄子藤秸

2、稈為研究對象，結(jié)合秸稈切割小型化和便捷性的要求，從藤莖類秸稈微觀組織結(jié)構(gòu)和力學特性入手，研究藤莖類秸稈的切割機理，為設(shè)計、改進加工設(shè)備和加工工藝提供理論依據(jù)；從切割形式和刀片的結(jié)構(gòu)工作參數(shù)入手，研究切割形式、刀片結(jié)構(gòu)工作參數(shù)對秸稈切割性能影響規(guī)律，優(yōu)化秸稈切割工藝參數(shù)，解決秸稈切割效率低、功耗高難題，降低秸稈切割成本，促進秸稈資源化利用和推廣。具體工作如下：
　?。?）首先通過藤莖類秸稈微觀結(jié)構(gòu)測定試驗，分析藤莖類秸稈微觀組織結(jié)構(gòu)

3、對秸稈切割性能的影響；對番茄藤和茄子藤秸稈進行拉伸和剪切試驗，并以秸稈的抗拉強度、彈性模量、剪切強度和剪切模量為指標，發(fā)現(xiàn)藤莖類秸稈與一般農(nóng)作物秸稈在力學特性上存在差異，為開發(fā)藤莖類秸稈專用高效切割機械提供理論依據(jù)。
　?。?）根據(jù)傳統(tǒng)切割理論和對秸稈力學特性的研究，設(shè)計了等滑切角鋸齒型刀片，并建立了秸稈切割的力學模型，分析了切割力與刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系；通過切割力單因素試驗研究，分析了秸稈橫截面積、刀片型式、切割速度對切割力的

4、影響，并與理論計算結(jié)果進行對比，二者的趨勢和數(shù)值大體一致；通過切割力正交試驗研究，分析了三個因素對切割力影響的顯著程度依次是：刀片型式、切割方式、切割速度。在滿足切割要求的前提下，最后確定的最優(yōu)切割方案為：選擇滑切、鋸齒型刀片。
　?。?）運用有限元軟件分析了秸稈橫截面積和刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)對等滑切角鋸齒型刀片應力場和變形的影響：切割力隨著秸稈橫截面積的增加，刀片楔角的增加而逐漸增大，隨著刀片后角的增加呈下降的趨勢。通過有限元分析方法對

5、普通刀片和專用切割刀片的對比分析發(fā)現(xiàn)：普通刀片在相同的切割力作用下受到的應力和變形都比較集中，不利于切割，刀片在切割過程中很容易被破壞和磨損；專用切割刀片的受力比較均勻，分散了刀片的應力集中，將刀片的變形位置轉(zhuǎn)移，從而不會影響切割的質(zhì)量。對專用切割刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行局部靈敏度和全局靈敏度分析，選擇刀片的厚度、螺栓孔上直徑、螺栓孔下直徑和兩個螺栓孔中心距四個參數(shù)對刀片進行優(yōu)化設(shè)計，得到最佳的一組設(shè)計參數(shù)，使刀片在滿足強度和剛度的條件下質(zhì)量

6、有所減少，尺寸的確定更加合理，切實提高優(yōu)化設(shè)計的效率。
　?。?）運用計算機模擬軟件對切割過程中的切割應力和秸稈的能量變化等進行模擬分析。結(jié)果表明：隨著切割速度的增大，相應的切割應力有一定的加大。從計算結(jié)果可以看出，理論計算的切割應力與模擬分析、切割試驗得到的切割應力在數(shù)值上比較接近，從而證明了前面所推導的刀片切割力計算方法的正確性。運用離散元分析軟件EDEM對藤莖類秸稈在秸稈粉碎機中的切割過程進行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明：滑切角為

7、40°的等滑切角鋸齒型刀片在切割過程中受到的合力較小，受力比較均勻，波動較小，切割效果明顯好于其余三種刀片，因而是藤莖類秸稈切割的最佳刀片選擇；隨著轉(zhuǎn)速的增加，秸稈切割消耗的能量和切割力都相應增加，但切割效果更好。對于藤莖類秸稈，經(jīng)過模擬分析和試驗研究等綜合考慮，選擇刀片的轉(zhuǎn)速為4000r/min。
　?。?）通過對成熟期番茄藤和茄子藤在不同水分下的切割試驗，結(jié)果表明：40°等滑切角鋸齒型刀片切割番茄藤和茄子藤消耗的切割功耗少、切