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小麦是我国主要的粮食作物之一,是世界重要谷物资源之一,2010年我国小麦再次丰收,总产量达11510万吨,连续第五年产量突破亿吨,目前收获小麦的收割机主要是稻麦型收割机,且机收率低下约为80%,足时高效的收获小麦是制约小麦高产的因素之一;我国作物秸秆品种多、产量大、分布广,秸秆资源对农业生态系统的发展有着重要的意义,2010年我国秸秆资源在8.4亿吨以上,可被回收的秸秆资源大约为7亿吨,而秸秆的利用率约为70%,其综合利用仍然低下,提高秸秆的利用率已迫在眉睫。小麦秸秆的切割过程与秸秆的自身物理学特性,含水率,切割速度,刀片形式等有紧密关系,切割过程直接影响切割质量与切割机械的能耗,切割方式不当常会造成刀具加速磨损,因此研究小麦秸秆的切割性能为农业机械设计提供理论参考,有利于确定农业机械的工作状况,缩短研发周期和减少研发成本。 本文研制了可在实验室模拟切割小麦秸秆的往复式切割试验台,并分析切割速度、刀片间隙、刀片与小麦秸秆相对角度等对切割性能的影响,进而得出影响因素的主次,得到切割过程中的最优组合,为小麦秸秆切割技术和秸秆资源利用的研发提供理论支持。设计的往复式切割试验台主要包括切割器、电机、拉压力传感器、控制系统、A/D转换模块,显示系统、数据存储系统等。其中切割器主要包括曲柄连杆机构、滑块、导向机构、动刀片和定刀片等;控制系统包括STM32单片机、数据采集和程序滤波等,控制系统实时采集拉/压力传感器输出信号,将数据进行处理存入SD卡中。该切割试验台的切割速度在0~1.8 m/s内可调,刀片间隙在0.8~3 mm内可调,能在0~30°内任意调节刀具与小麦秸秆的相对角度,该切割试验台可测量小麦秸秆在切割过程中的切割力大小。对小麦秸秆进行切割试验,正交结果分析得出影响因素依次为切割速度、切割位置、刀片与秸秆相对角度、刀片间隙;切割力峰值随着切割速度的增加而减小,其较优组合为切割速度在1.2~1.4 m/s之间、刀片间隙小于1mm、刀片与秸秆相对角度为15~25°。