畢業(yè)設計（論文）雜草切割阻力試驗

1、全日制普通本科生畢業(yè)論文雜草切割阻力試驗the experiment of weeds cutting學生姓名：學 號：年級專業(yè)及班級：2008級機械設計制造及其自動化（1）班指導老師及職稱： 學 部：理工學部提交日期：2012年5月 全日制普通本科生畢業(yè)論文誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。同時，本論文的著作權由本人與湖南農業(yè)大學東方科技學院、指導教師共同

2、擁有。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)論文者簽名： 年 月 日目 錄摘要1關鍵詞11 前言2 1.1 水力切割的國內外研究現狀2 1.2 水力除草的研究意義52 試驗臺的設計8 2.1 試驗臺構成及工作原理8 2.2 試驗材料與方法9 2.3 試驗結果與分析10 2.3.1 雜草直徑對切割阻力的影響10 2.3.2 植物含水率對切割阻力的影響13 2.3.3 電機轉速對切割阻力的影響16 2.3.4 削切角對切割阻力的影響18 2.3.5 多因素綜合影響試驗203 結論21參考文獻22致謝23雜草切割阻力試驗摘 要：水切割技術化水為刀，通過加壓水泵的作用使水從一個極細的噴嘴噴出

3、，形成高速水射流。本論文論述了水切割技術的應用研究及發(fā)展，并提出了水力切割除草的新概念，與傳統(tǒng)方法比較得出水切割技術除草具有無污染，清潔衛(wèi)生，粉塵少，刀具無磨損，噪音小等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。為開發(fā)水力除草，通過切割實驗確定雜草切割阻力及切割因素（植物直徑、含水率、電機轉速、削切角）對切割阻力的影響。以蒿草、狗尾草和牛筋草為實驗對象分別測定其莖桿切割阻力、分析其影響因素。實驗結果表明，雜草切割阻力與電機轉速對數成反比，與雜草直徑平方成正比,與削切角平方成反比；不同雜草含水率對切割阻力影響不同，成一定的函數關系。同種雜草，直徑、含水率、削切角和電機轉速依次影響切割阻力。為水力除草設備設計提供

4、了一定的理論依據。關鍵詞：切割阻力 含水率 直徑 轉速 削切角experiment of weeds cutting abstract: water cutting technology for water knife, through the pressure of the water pump role from a very fine nozzle jet, form the water jet. reviewed the application of the water cutting technology research and development; and put forwa

5、rd the hydraulic cutting weeding new concept, and traditional method is concluded water cutting technology weeding non-pollution clean sanitation, little dust, cutting tools, low noise, no wear etc, and has a broad prospect of application. to the development of the water jet, a cutting test was cond

6、ucted to determine the force and the influence such as the diameter, the moisture content, the rate of motor and the angle of the cutting which affected the force. the objects of the test are humilis, setaria and goosegrass. the result suggests that the force was inversely proportional to the index

7、of the rate of the cutting ，was proportional to the square of the diameter and the square of the angle of cutting. different kinds of weeds have different relationships between the force and the moisture content. the diameter, the moisture content, the angle of the cutting and the rate of cutting af

8、fects the force followed by for the same kind of weeds. those provides the basis of the design for equipments of water jet. key words: force; moisture content; diameter; the rate of cutting; the angle of the cutting 1 前言11水力切割的國內外研究現狀水力切割技術是國外70年代開發(fā)，80年代發(fā)展起來的高新技術，已廣泛應用于工業(yè)，醫(yī)療，食品加工等領域水切割技術化水為刀，通過加壓水泵的

9、作用使水從一個極細的噴嘴噴出形成告訴水射流。這種水流具有極大的能量，能切割木材，紙張，塑料等軟性物質。若在水中混入一定比例的石英砂料，這種高速夾砂水射流幾乎可以切割任何物質，在切割材料時，不會發(fā)生任何化學或物理的變化。綜述了水切割技術的應用研究及發(fā)展，并提出了水力切割除草的新概念，與傳統(tǒng)方法比較得出水切割技術除草具有無污染，清潔衛(wèi)生，粉塵少，刀具無磨損，噪音小等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。水力切割除草是一種新型機械除草方式，以水射流的沖擊力切斷雜草莖稈。故雜草切割阻力的研究可為機械除草設備設計提供理論依據；減少設備磨損，提高切割效率等，使設備達到最優(yōu)。本試驗通過改進苗木切割試驗臺，制出雜草莖桿切

10、割力測試儀。通過試驗，確定了南方三種常見雜草的切割阻力，分析了影響切割阻力的四種因素及其影響效果。水切割技術化水為刀，通過加壓水泵的作用使水從一個極細的噴嘴噴出，形成高速水射流。這種水射流具有極大的能量，能切割木材、紙張、塑料等軟性物質。若在水中混入一定比例的石英砂料，這種高速夾砂水射流幾乎可以切割任何物質。在切割材料時，不會發(fā)生任何化學或物理的變化，切割時沒有機械切割的噪音，切割成品邊緣平整不毛糙，是一種綠色環(huán)保的切割方式，正越來越廣泛地應用于工業(yè)、機械制造、醫(yī)學和食品加工等領域，而在農業(yè)工程領域尚無相關報道。水力切割原理水力切割就是利用超高壓技術把普通水加壓到250400mpa壓力，通過內

11、孔直徑0.150.35mm的寶石嘴噴射成速度8001000ms的高速射流，俗稱水箭，可用軟基性材料；若在水箭中加入適量的磨料則幾乎可以切割所有的軟硬材料。目前所用水刀主要包括供水系統(tǒng)、增壓器、蓄能器、開關、控制系統(tǒng)、磨料添加系統(tǒng)、噴頭及接收器，系統(tǒng)裝置如圖1 所示。供水系統(tǒng)添加磨粒系統(tǒng)噴頭增壓器蓄能器開關控制系統(tǒng)接收器 圖1 水切割系統(tǒng)簡圖fig.1 water cutting system diagram 水從供水系統(tǒng)輸入增壓器，形成高壓水；在蓄能器的作用下，水壓被維持在一定范圍內，便于輸送連續(xù)、穩(wěn)定的水流至開關；控制系統(tǒng)控制增壓器的壓力大小及開關的打開、閉合，控制一定壓力的連續(xù)水流至噴頭；

12、磨料添加系統(tǒng)用于在水流中加入石英砂等磨料，若用純水切割，則不需此部分；水流從噴頭射出，完成切割；接收器用來消除切割后水流的能量。發(fā)展過程水刀的提出可追溯到1950年，被公認為“水刀之父”的nomen franz博士尋找一種高效的大型木材切割方法，他迫使水流通過極細噴嘴，第一次獲得了短暫的高壓射流，這種高壓水射流可以切割木材及不太堅硬的物質；60年代，高壓柱塞泵和增壓器的使用推動了水射流的研究工作；1974年美國flow公司研制出第一臺水切機產品；1979年，被稱為“加砂水刀之父”mohamed hashish的博士開始研究增加水切割能量的方法，1980年他發(fā)明了在普通水刀中添加砂料的方法，幾乎

13、能切割任何物質，水切割技術第一次用于切割金屬、玻璃和混凝土；1984年在美國首先開始采用磨料水切技術。1996年南京大地水刀公司研制開發(fā)出了我國第一臺高壓水切割產品。到目前為止，主要在發(fā)展其應用范圍發(fā)展。水力切割在工業(yè)上的應用：水射流技術在我國應用于工業(yè)的初次嘗試是20世紀50年代末與前蘇聯發(fā)展水力采煤。經過近年發(fā)展，水射流技術已廣泛地應用與工業(yè)生產中。李岳峰、廖勇等總結水刀切割石材的特點為加工精確、材料利用充分、操作簡便、無污染等。在機械加工中，由于刀具與工件的相對運動產生熱量，刀具好壞明顯地表現在產品的加工質量上。而且刀具隨加工使用而磨損、變鈍。在切削加工中由于刀具對工件的摩擦產生切削熱使

14、刀具磨損變鈍。水刀加工特殊的切削方法給制造業(yè)提出了新的加工途徑。張海龍等對水力切割鈦及鈦合金做了研究，結果表明用水力切割鈦及鈦合金成本為普通切割的1/3，效率是普通切割的5倍，數據見表1 。表1 高壓水刀切割與火焰切割比較table 1 high pressure water knife cutting and flame cutting comparison切割方式切割長度（m）費用合計（元）切割時間（h）水刀切割65971.5火焰切割616387.5另外，水刀切割精度高、熱影響區(qū)小、金屬損失少，明顯優(yōu)于火焰切割。水力切割技術也應用于地基處理，它與工程施工技術結合應用，具有施工速度快、可靠性

15、高、費用低等特點。因其獨特的的優(yōu)點，經過近年發(fā)展，亦廣泛應用于航空航天、國防等領域。1982年，德國倆位醫(yī)學教授papachirstou和barters首次將水刀切割技術引入醫(yī)學領域。他們將水刀設備（工業(yè)水刀）用于肝臟外科手術，用水切割將肝臟病變部分洗掉而不損傷肝內血管和膽管，成功施行了肝葉切除手術。1990 年，德國rau 將醫(yī)用水刀應用于臨床，從此水刀在外科手術中得到廣泛應用，目前已用于肝膽外科、泌尿外科、頜面外科、骨科、神經外科、耳鼻喉科及眼科手術等。它的作用是代替手術刀，與傳統(tǒng)的手術相比，水刀手術具有失血少、無熱效應產生的壞死和粘連、切割線平整鮮明、精確控制水壓可精確控制切割深度、選擇

16、水壓可切除實體組織而保留血管和神經且對其無明顯損害,配備抽吸功能可避免污染、使用酒精檢測技術檢測液體吸入、加磨料微粒增加切割深度和切割硬度大的組織 （如骨）及切割深度等優(yōu)點。李昕晟等提到了水力切割在“5.12”大地震中的應用，與其他救援方式比較，水力切割具有切割材料無選擇、可控性好、操作性強、切割速度快、工作環(huán)境好、安全性高、適應性強等優(yōu)勢。水刀切割也應用于家具生產中，主要分割和切削各種材料，使得原材料分割精確，削面更光潔；水刀切割不產生切削應力，不產生切削熱效應，無需二次加工，減少了加工時間，降低了制造成本。水力切割在食品加工中可切割各種食物，切割介質除水外還可用酒精、甘油等，可純水切割也可

17、加磨料（如鹽、糖）切割。水力切割食物，食品營養(yǎng)和功能損失少，提高了加工產品質量；食品斷面光滑、形狀規(guī)整，也可切出特殊形狀，作為新的產品造型。水力切割還被用于陶瓷工藝，具有切割速度快、無熱效應、節(jié)約材料、不變形等優(yōu)點。水力切割加工技術有加工質量高、切縫窄、材料利用率高、切口質量好、切割面垂直、切削無火花、無污染等特點；由于水的冷卻作用，工件溫度較低，適合對易燃易爆物件如木材、紙張等的加工，提高了操作人員的安全性。加工刀具為高壓高速水流，加工過程中不會變鈍，減少了刀具準備、刃磨等時間。因其適用范圍廣，操作安全性高，工作環(huán)境好，近年來已迅速被應用于工業(yè)、醫(yī)學等各個領域，而在農業(yè)方面尚無相關應用。1.

18、2 水力割草的意義農業(yè)生產中,雜草直接影響各種作物產量、品質及經濟效益，廣義的雜草定義則是指生長在對人類活動不利或有害于生產場地的一切植物。主要為草本植物，也包括部分小灌木蕨類及藻類。全球經定名的植物有三十余萬種，認定為雜草的植物約八千余種;在我國書刊中可查出的植物名稱有36000多種，認定為雜草的植物有119科1200多種。除可按植物學方法分類外還可按其對水分的適應性分為水生、沼生、濕生和旱生，按化學防除的需要分為禾草、莎草和闊葉草，此外還可根據雜草的營養(yǎng)類型、生長習性和繁殖方式等進行分類。其生物學特性表現為：傳播方式多，繁殖與再生力強，生活周期一般都比作物短，成熟的種子隨熟隨落，抗逆性強，

19、光合作用效益高等。農田雜草的主要為害為：與作物爭奪養(yǎng)料、水分、陽光和空間，妨礙田間通風透光，增加局部氣候溫度，有些則是病蟲中間寄主，促進病蟲害發(fā)生；寄生性雜草直接從作物體內吸收養(yǎng)分，從而降低作物的產量和品質。此外，有的雜草的種子或花粉含有毒素，能使人畜中毒。除草方法包括植物檢疫即對國際和國內各地區(qū)間所調運的作物種子和苗木等進行檢查和處理，防止新的外來雜草遠距離傳播。這是一種預防性措施，對近距離的交互攜帶傳播無效，須輔以作物種子凈選去雜、農具和溝渠清理以及施用腐熟糞肥等措施，以減少田間雜草發(fā)生的基數。人工除草包括手工拔草和使用簡單農具除草。耗力多、工效低，不能大面積及時防除?，F都是在采用其他措施

20、除草后，作為去除局部殘存雜草的輔助手段。機械除草使用畜力或機械動力牽引的除草機具。一般于作物播種前、播后苗前或苗期進行機械中耕耖耙與覆土，以控制農田雜草的發(fā)生與危害。工效高、勞動強度低。缺點是難以清除苗間雜草，不適于間套作或密植條件，頻繁使用還可引起耕層土壤板結。物理除草利用水、光、熱等物理因子除草。如用火燎法進行墾荒除草，用水淹法防除旱生雜草，用深色塑料薄膜覆蓋土表遮光，以提高溫度除草等。化學除草即用除草劑除去雜草而不傷害作物?；瘜W除草的這一選擇性，是根據除草劑對作物和雜草之間植株高矮和根系深淺不同所形成的“位差”、種子萌發(fā)先后和生育期不同所形成的“時差”、以及植株組織結構和生長形態(tài)上的差異

21、、不同種類植物之間抗藥性的差異等特性而實現的。此外，環(huán)境條件、藥量和劑型、施藥方法和施藥時期等也都對選擇性有所影響。20世紀70年代出現的安全劑,用以拌種或與除草劑混合使用,可保護作物免受藥害，擴大了除草劑的選擇性和使用面。由種子萌發(fā)的一年生雜草，一般采用持效期長的土壤處理劑，在雜草大量萌發(fā)之前施藥于土表，將雜草殺死于萌芽期。防除根狀莖萌發(fā)的多年生雜草，則采用輸導作用強的選擇性除草劑，在雜草營養(yǎng)生長后期進行葉面噴施，使藥劑向下傳導至根莖系統(tǒng)，從而更好地發(fā)揮藥效?；瘜W除草具有高效、及時、省工、經濟等特點，適應現代農業(yè)生產作業(yè)，還有利于促進免耕法和少耕法的應用、水稻直播栽培的實現以及密植程度與復種

22、指數的合理提高等。但大量使用化學物質對生態(tài)環(huán)境可導致長遠的不利影響。這就要求除草劑的品種和劑型向低劑量、低殘留的方向發(fā)展，同時力求與其他措施有機地配合，進行綜合防除，以減少施藥次數與用藥量。生物除草利用昆蟲、禽畜、病原微生物和競爭力強的置換植物及其代謝產物防除雜草。如在稻田中養(yǎng)魚、鴨防除雜草，20世紀60年代中國利用真菌作為生物除草劑防除大豆菟絲子，澳大利亞利用昆蟲造一個有利于作物生長而不利于雜草繁生的生態(tài)環(huán)境。如實行水旱輪作制度，對許多不耐水淹或不耐干旱的雜草都有良好的控制作用。在經常耕作的農田中，多年生雜草不易繁衍；在免耕農田或耕作較少的茶、桑、果、橡膠園中，多年生雜草蔓延較快，一年生雜草

23、則減少。合理密植與間作、套種，可充分利用光能和空間結構，促進作物群體生長優(yōu)勢，從而控制雜草發(fā)生數量與為害程度。綜合防治農田生態(tài)受自然和耕作的雙重影響，雜草的類群和發(fā)生動態(tài)各異，單一的除草措施往往不易獲得較好的防除效果；同時，各種防除雜草的方法也各有優(yōu)缺點。綜合防除就是因地制宜地綜合運用各種措施的互補與協(xié)調作用，達到高效而穩(wěn)定的防除目的。如以化學防除措施控制作物前期的雜草，結合栽培管理促成作物生長優(yōu)勢,可抑制作物生育中、后期發(fā)生的雜草;在茶、桑、果園及橡膠園中，用輸導型除草劑防除多年生雜草，結合種植綠肥覆蓋地表可抑制雜草繼續(xù)發(fā)生等。20世紀70年代起，一些國家以生態(tài)學為基礎，對病、蟲、雜草等有害

24、生物進行綜合治理，研究探索在一定耕作制條件下,各類雜草的發(fā)生情況和造成經濟損失的閾值,并將各種除草措施因地因時有機結合，創(chuàng)造合理的農業(yè)生態(tài)體系，有可能使雜草的發(fā)生量和危害程度控制在最低的限值內，保證作物持續(xù)高產。它們生長于田間及地邊等農作物旁，長期適應當地作物、耕作、氣侯、土壤等生態(tài)條件，是農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的一個組成部分，主要特點為傳播方式多，繁殖與再生力強，生活周期短，種子隨熟隨落，抗逆性強等。由于它的這些特點，平均每年給糧食產量帶來的損失高達7.5%25%1,2。我國主要雜草種類有60多種，與作物爭光、爭肥、爭水，嚴重影響作物的生長與發(fā)育，甚至使良田變成荒地3,4。因此清除雜草在農業(yè)工程中具

25、有重要意義。目前常用的除草方法有機械除草、化學除草及生物除草5，機械除草效率高、目標明確，但是噪聲大、粉塵多，工作環(huán)境惡劣6,7；化學除草作用迅速、使用方便，易于推廣，但是化學藥劑的污染問題難以解決；生物除草效果持久、成本低，但是除草周期長，極易造成生物鏈的不平衡8,9,10。雜草切割阻力的試驗研究是在針對目前除草方法的缺點，提出水力切割除草11的基礎上，對雜草切割阻力影響因素進行試驗和分析。目前，對植物的力學特性研究中，對于木質部較發(fā)達的植物如棉花12 、芒草13、秸稈14、果樹苗15,16等有較為詳細的探討，而對于木質部不發(fā)達的雜草如狗尾草等尚未見相關報道。另外，當前環(huán)境問題已經成為人類關

26、注的焦點，大氣、土地等環(huán)境污染已嚴重干擾人類的生存與發(fā)展。治理中，植樹種草等綠化措施可以涵養(yǎng)水源，減少水土流失，改良氣候及改善空氣質量等，因此越來越受到人們的重視；而草坪雜草的治理也是一個嚴重的問題，我國草坪雜草種類約有450種，分屬45科、127屬；化學除草主要是噴灑除草劑等，具有效果迅速、使用方便、易于推廣等優(yōu)勢，也是目前最普遍的除草方法；但化學除草一般只是殺滅雜草在地面的部分，若長期使用會因作物產生抗藥性而失效；且它易造成誤殺，對人畜有毒害作用，易造成環(huán)境污染。生物除草指利用寄主范圍較專一的植食性動植物或病原微生物將雜草控制在經濟、生態(tài)或環(huán)境美化允許的水平。生物除草控制效果持久，防治成本

27、低廉，作為一種新興的除草方式，越來越受到人們的重視。然而生物除草效果產生緩慢，從引入原產地的天敵到其與雜草之間形成相互調節(jié)、相互制約的生態(tài)平衡需要幾年或更長的時間。水刀除草屬機械除草范疇，它以水為切割介質，與傳統(tǒng)的機械除草比較，具有清潔衛(wèi)生、粉塵少、噪聲小等優(yōu)點；與常用的化學除草比較，具有無污染、無毒副作用等好處；與生物除草比較，具有見效快，不影響生物鏈，適用廣泛等特點。隨著水切割技術的不斷發(fā)展，水力除草將有廣泛的應用前景。水力切割是一種新型的切割方式。它具有適應范圍廣、切割效率高、切割精度好、刀具無消耗、對材料性質無影響等優(yōu)點，由于它的這些獨特優(yōu)勢，在很多行業(yè)以得到應用。而在除草范疇，它沒有

28、污染，對環(huán)境影響小；工作時不產生灰塵及有毒氣體，可提供清潔安全的工作條件；低壓水射流工作時噪聲小，對居住密集地區(qū)的居民影響較??；只要解決工作臺及相關技術問題，水力除草將會大有作為。為開發(fā)水力除草，通過切割實驗確定雜草切割阻力及切割因素（植物直徑、含水率、電機轉速、削切角）對切割阻力的影響。以蒿草、狗尾草和牛筋草為實驗對象分別測定其莖桿切割阻力、分析其影響因素。實驗結果表明，雜草切割阻力與電機轉速對數成反比，與雜草直徑平方成正比,與削切角平方成反比；不同雜草含水率對切割阻力影響不同，成一定的函數關系。同種雜草，直徑、含水率、削切角和電機轉速依次影響切割阻力。得出自然條件下，切斷三種雜草最小切割線

29、速度為0.08m/s；最大切割力11.10n。為水力除草設備設計提供了一定的理論依據。2 試驗臺的設計2.1 試驗臺構成及工作原理試驗臺由電機、調速控制和顯示儀、夾持裝置、切割裝置及壓力測量裝置組成。如圖1所示：電機為pc-b型帶傳動試驗臺主電機，功率335w，額定轉速1500r/min，通過調速開關可實現轉速01500r/min。夾持裝置固定于電機軸線豎直平面，得到雜草切割阻力最大。切割裝置刀柄自制，半徑80mm。壓力測量裝置由ppm225-ls1型壓力傳感器與ppm-tc1ct壓力顯示儀組成，傳感器量程5kg，數顯儀精度0.001kg。圖2 植物莖桿切割力測試儀fig.2 plant st

30、ern cutting force reflector電機外殼固定與支座軸承上，可與繞轉子重合的軸線擺動。當電動機啟動后，刀柄（阻力力臂l2）轉動，由于定子與轉子之間磁場的相互作用，刀片切割雜草莖稈時，電動機外殼向與轉子旋轉的相反方向旋轉，其扭矩通過固定在定子外殼上的傳力臂（扭力力臂l1）傳送到壓力傳感器上，由數字顯示控制儀讀出。在一般工程計算中，可忽略空載轉矩t0，即可認為電磁轉矩t與轉軸上的輸出轉矩td相等17。即：軸上輸出轉矩：td=10-2fcl1;電磁轉矩:t=10-2q1l2式中fc為切割阻力;q1為數字顯示控制儀的讀數；l1為切割阻力力臂（l1=80mm）；l2為扭力力臂（l2=

31、120mm）。切割阻力fc可由式（1）計算得出。 fc=q1l2/l1=1.5q1 (1)2.2 試驗材料與方法試驗選取三種南方常見雜草：蒿草(humilis)，狗尾草(setaria )和牛筋草(goosegrass)作為實驗對象。圖分別如下：圖3 蒿草fig.3 humilis圖 4狗尾草 fig.4 setaria圖 5 牛筋草fig.5 goosegrass雜草直徑用游標卡尺測量；削切角通過水平調整夾持裝置的位置實現；含水率分為天然含水率、淹水含水率（將雜草淹沒于水中24小時）和風干含水率（將雜草置于陰涼通風環(huán)境24小時）；電機轉速由調速開關調節(jié)，并可由pc-b型試驗臺數字顯示儀直接讀

32、數。切割實驗在湖南農業(yè)大學機械設計試驗室內分兩次進行，第一次2011年12月3日，為雜草直徑、削切角、電機轉速及天然含水率試驗，第二次12月4日，為風干含水率和淹水含水率試驗及蒿草正交試驗。試驗分組：測量直徑并分3組，第一組立即進行試驗，第二組自然風干，第三組淹水，24小時后進行試驗。最小切斷轉速：分別選取三種雜草最大直徑作為切斷植物最小轉速實驗；接通電源，由小到大調速；斷電，固定雜草；通電工作，若雜草被切斷，記錄數字顯示儀讀數作為雜草切斷最小轉速。試驗過程：接通電源，調速至雜草最小切斷轉速；斷電，固定雜草，調整夾持裝置；通電切割，記錄壓力顯示儀讀數，每次試驗重復3次，結果取平均值。 2.3

33、試驗結果與分析2.31 雜草直徑對切割阻力的影響分別選取3種雜草的5種直徑，轉速固定為能切割最大直徑的雜草轉速不變，分別切割雜草各3次 記錄切割力，分別取其平均值（每種雜草需15顆），如表2所示：蒿草（mm）1.741.781.982.282.322.362.762.822.883.043.043.343.963.883.94切割力f（n）0.960.321.171.292.252.173.272.342.364.143.504.254.204.854.45狗尾草1.221.241.281.441.481.721.781.821.862.022.06f（n）0.250.170.541.241.

34、000.730.952.882.163.133.69牛筋草1.681.741.7822.162.182.342.362.462.682.783.023.24f (n)0.270.740.680.420.910.741.401.341.641.441.432.43.1 表2 三種植物不同直徑所需切割力table 2 three kinds of different diameter cutting force for plant將上表直徑分為大，中，?。ň唧w范圍根據植物直徑范圍分類）3種直徑，即正交試驗中的直徑3水平：如表3所示:表 3 正交試驗中的直徑3水平 table 3 the diame

35、ter of the orthogonal experiment 3 level蒿草直徑（mm）1.72.52.53.53.54.5f1.443.314.50狗尾草1.21.51.51.91.92.5f0.631.683.41牛筋草1.6222.52.53.5f0.531.212.10切割阻力與蒿草直徑關系如圖6所示。通過數據分析與擬合，雜草切割阻力與雜草直徑平方呈正比。由于隨著植物的生長，植物直徑增大，植物內部組織結構也趨于成熟，纖維等組織強度增加和植物外表面硬度增加；另外隨著植物直徑的增大，切割面積增大，切割阻力也會增大。 (a) 蒿草直徑與切割力關系(a) humilis diamete

36、r and cutting force relationship(b) 狗尾草直徑與切割力關系(b) setaria diameter and cutting force relationship(c) 牛筋草直徑與切割力關系(c) goosegrass diameter and cutting force relationship 圖6 植物直徑對切割阻力的影響fig.6 relationship of the diameter and the force在自然條件下，植物直徑是大小有別的，同一氣候、同一地點的同種類同直徑植物，生長狀況亦各不相同，在實際設計中應選取實驗結果中的最大切割阻力，

37、本實驗中最大切割阻力為7.28n。2.3.2植物含水率對切割阻力的影響植株含水率測定: 牛筋草 狗尾草選取被切斷部位以上一節(jié)處，蒿草選取自切斷部位以上10mm。只取主干.步驟：1 分別稱重，牛筋草記為a1，狗尾草記為b1，蒿草記為c1 2 放入烘箱，6h以后取出稱重 分別記為a2，b2，c2 3 繼續(xù)放入烘箱，8h后取出稱重 分別記為a3，b3，c3 。若a2=a3，或b2=b3 或c2=c3則此為干重。若不等 則 4 繼續(xù)放入烘箱，10h后取出稱重 分別記為a4，b4，c4。若a4=a3或b4=b3或c4=c3則此為干重。無需繼續(xù) 若不等，則 5繼續(xù)放入烘箱，10h后取出稱重 分別記為a5，

38、b5，c5。若a4=a5或b4=b5或c4=c5則此為干重。無需繼續(xù) 若不等，則繼續(xù)放入，10h后相等，知道an-1=an或bn-1=bn或cn-1=cn為止 6 最終測得三種雜草干重別為an，bn，cn含水率計算公式為： =（a1-an）/a1 （2）根據所得數據蒿草和狗尾草含水率與切割阻力呈負相關且影響顯著，牛筋草含水率與切割阻力呈正相關，二者關系相反。本試驗選取雜草直立段以上10cm以內為切割位置，蒿草無匍匐段，狗尾草匍匐段較短，故切割位置靠近根部，木質部較發(fā)達，纖維較結實；牛筋草匍匐段較長，切割位置靠近頂部，莖稈較嫩，且為空心段，導致其切割阻力較小且和蒿草、牛筋草與含水率關系不同。選取

39、3種雜草各9株，要求每9株雜草直徑相等，各分為3組，每組3株，第一組立即切割，記下切割力，測出其含水率，各取平均值。第二組淹沒在室溫下水內24小時 第三組置于室溫下晾干24小時，分別切割，記下切割力，測出含水率，各取平均值（每種雜草9顆），得到如下三表：表 4 自然含水率table 4 natural moisture content次數原始123蒿草5.651.221.201.20狗尾草1.770.790.79牛筋草1.310.340.330.33蒿草含水率：（5.65-1.2）/5.65 100%=78.41%狗尾草含水率：（1.77-0.79）/1.77100%=55.37%牛筋草含水率

40、：（1.31-0.33）/1.31100%=74.80%表 5 晾干含水率 table 5 air dry moisture content次數原始123蒿草0.680.360.350.35狗尾草0.220.190.19牛筋草0.440.220.22蒿草含水率：(0.68-0.35)/0.68100%=48.53%狗尾草含水率：(0.22-0.19)/0.22100%=13.64%牛筋草含水率：(0.44-0.22)/0.44100%=50%表 6 淹水含水率table 6 flooded moisture content次數原始123蒿草1.950.370.37狗尾草0.620.190.19

41、牛筋草0.420.100.10蒿草含水率：(1.95-0.37)/1.95100%=81.03%狗尾草含水率：(0.62-0.19)/0.62100%=69.35%牛筋草含水率：(0.42-0.10)/0.42100%=76.19%表7 不同含水率對切割力的影響 table 7 different of moisture content of the influence of cutting force蒿草81.03%（高）78.41%（中）48.53%（低）f（n）1.793.37，3.777.37狗尾草69.35%55.37%13.64%f (n)0.231.362.28牛筋草76.19%

42、74.80%50%f (n)2.181.531.25植物含水率與切割阻力的關系如圖7所示，得出蒿草含水率降低將引起切割阻力顯著增大，兩者呈乘冪關系；狗尾草含水率增大時，切割阻力顯著減小，呈二次線性關系；牛筋草含水率增大時，切割阻力也增大，呈指數關系。(a)蒿草含水率與切割力關系(a) humilis moisture content and cutting force relationship(b) 狗尾草含水率與切割力關系(b) setaria moisture content and cutting force relationship(c)牛津草含水率與切割力關系(c) goosegra

43、ss moisture content and cutting force relationship圖7 植物含水率對切割阻力的影響fig.7 relationship of moisture content and the force2.3.3電機轉速對切割阻力的影響（電機轉速影響水壓流量即為水壓流量對切割阻力的影響）將主機由低到高找出能切割3種雜草特定直徑的最小轉速，分別選取該直徑3種雜草各顆，分別設定轉速n1n2n3各切割3次，結果取平均值（需每種雜草9顆）如表8所示：表8 最小轉速與切割力關系table 8 minimum rotational speed and cutting fo

44、rce relationship蒿草轉速（轉每分）最小切斷轉速n=2381.2n=2851.5n=357切割力f（n）5.422.121.06狗尾草n=1351.2n=1591.5n=201f (n）1.660.520.11牛筋草n=1721.2n=211.5n=260f (n)2.560.990.34電機轉速對切割阻力的影響如圖8所示，切割阻力與電機轉速呈對數關系，轉速較低情況下，隨著轉速提高，切割阻力有明顯下降；高轉速情況下，隨著轉速提高，切割阻力緩慢下降。實踐中，適當提高轉速，可達到良好的切割效果。切割設備在pc-b型傳動試驗臺上進行，通過自制半徑80mm長刀柄安裝于電動機軸上轉動而切割

45、放置于電動機軸線位置上的雜草。切割力由傳動試驗臺的電動機扭矩讀數根據力學公式換算得來。夾持植株根部形成植物自然生長情況下的固定模式。植物品種選取為牛筋草、狗尾草、蒿草3種，切割位置于自然生長狀態(tài)下的根部以上垂直距離待定50mm、狗尾草50mm、蒿草100mm范圍內。除滑切角實驗外，其余試驗切割角度都為90。（a） 蒿草轉速與切割力關系（a） humilis speed and cutting force relationship(b)狗尾草轉速與切割力關系 (b) setaria speed and cutting force relationship(c) 牛筋草轉速與切割力關系(c) go

46、osegrass speed and cutting force relationship圖8 轉速對切割力的影響fig.8 relationship of the cutting rate and the force2.3.4削切角對切割阻力的影響同一直徑，同一含水率，各取其最小切斷轉速。調整滑切角分別為45，60，75分別切割3次，取平均值（每種雜草需9顆）制作下表格：表 9 不同切削角對切割力關系table 9 different cutting angle on cutting force relationship蒿草456075切割力f狗尾草456075切割力f牛筋草456075切割

47、力f由于狗尾草和牛筋草在削切角試驗中切割阻力很小，在本次試驗中所得數據相對切割阻力很小，在本次試驗中所得數據相對誤差較大，結論真實性不高，本文中僅對蒿草的試驗結果進行分析。削切角取45、60和75，得到削切角對蒿草切割阻力的影響關系如圖9，分析圖中數據可知，在4575范圍內，削切角越小，切割阻力越大，切割阻力與削切角平方呈反比。得到如下表格：表 10 蒿草削切角與切割力關系table 10 relationship of the cutting angle and force蒿草角度456075f1.551.200.11圖9 蒿草削切角與切割力關系fig.9 relationship of t

48、he cutting angle and force3.5 多因素綜合影響試驗 本實驗采取正交試驗法，以蒿草作為實驗對象，探索雜草切割阻力影響因素（含水率、削切角、直徑、轉速）的影響程度。在切割率為100%前提下，試驗以切割阻力為指標。試驗因素及水平如表11。試驗選用l9（34）正交表，試驗結果見表12：表11 實驗因素及水平table 11 the influence factors and levels of test水平(a)含水率（%）(b)削切角（）(c)直徑（mm）(d)電機轉速（r/min）148.53751.72.5238255.37602.53.5285374.80453.5

49、4.5357表12 蒿草切割阻力實驗結果 table 12 result of the force試驗號(a)含水率（%）(b)削切角（）(c)直徑（mm）(d)轉速（r/min）切割阻力（n）11(48.53)1(75)1(1.7-2.5)1(238)0.0621(48.53)2(60)2(2.5-3.5)2(285)2.14531(48.53)3(45)3(3.5-4.5)3(357)3.1542(55.37)1(75)2(2.5-3.5)3(357)0.6952(55.37)2(60)3(3.5-4.5)1(238)2.3162(55.37)3(45)1(1.7-2.5)2(285)0.

50、5773(74.80)1(75)3(3.5-4.5)2(2851.39583(74.80)2(60)1(1.7-2.5)3(357)0.22593(74.80)3(45)2(2.5-3.5)1(238)0.24總 計10.545根據表12，用spss軟件進行回歸分析，得到其回歸方程為z=-0.047x+1.049y(置信系數a=0.05)。其中x為含水率，y為雜草直徑，單位mm。9次試驗中，最小切割阻力為第一組0.06n，最大切割阻力為第三組3.15n。各因素k值如表13 ： 表13 蒿草切割阻力正交試驗數據分析table 13 analysis of the experiment指標因素k值

51、切割阻力f（n）abcdk15.3552.1450.8552.61k23.574.683.0754.11k31.863.966.8554.065k11.7850.1750.2850.87k21.191.561.0251.37k30.621.322.2851.355r1.1650.84520.5分析較優(yōu)水平a3b1c1d1主次因素c、a、b、d最優(yōu)方案a1b2c3d2分析表13，對雜草切割阻力影響顯著性依次為雜草直徑、雜草含水率、刀片削切角、電機轉速。選出最優(yōu)方案為a1b2c3d2。在實際切割中，雜草直徑和雜草含水率不可變，電機轉速的提高對電機及其配套設施要求高，實際運用難度大，故應盡量增大刀片

52、削切角，適當提高電機轉速。3 結論本試驗研究表明：1.雜草切割阻力與直徑平方正比 f=a1d2+b1d-c1 （a，b，c已知，d，n未知,下同）；(1).蒿草直徑與切割力的關系 f=0.0057d2+0.5874d-0.4486，極差r2=0.882； (2).狗尾草直徑與切割力的關系 f=0.0466d2-0.1455d+0.5542 ，極差r2=0.8758； (3).牛筋草直徑與切割力的關系 f=0.0236d2-0.1019d+0.8814 ，極差r2=0.8714；2. 雜草切割阻力與削切角平方成反比 f=-a22+b2+c2； 蒿草切削角與切割力關系f=-0.44622+1.9087-0.42，極差r2=1；3. 雜草切割阻力與電機轉速對數成反比 f=a3ln(n)+b3 ； (1). 蒿