农业工程学报玉米留高茬切割器的设计及留茬效果试验王刚贾洪雷1，2※，赵佳乐李常营（1.吉林大学生物与农业工程学院，长春130025；2.吉林大学工程仿生教育部重点。
刀盘与玉米秸秆作用示意图根据前人对多个品种玉米秸秆有节、无节以及不同含水率的力学特性试验研究可知，中的刀盘转过的角度9角越小，越能够减弱机具前进对玉米秸秆的推倒作用，也即刀盘的线速度远大于机具的前进速度时，有利于刀盘把玉米秸秆顺利切断，根据玉米收获机割台下的空间，选取刀盘的直径为300mm，刀盘的材料为7Cr17钢，厚度为6mm.该玉米收获机的正常作业速度约为1.0m/s，根据华中农业大学高欣的研究成果，则初步选取：ar由进行秸秆样品的含水率检测，测得玉米秸秆的平均含水率为20.4%.试验中选取该玉米收获机的*佳作业速度，约为1.0m/s；摘穗辊与水平地面之间的夹角为40；摘穗辊的转速大约为400r/min.试验中主要考察的指标是玉米秸秆的切断率、留茬高度与刀盘离地高度之间的关系。试验因素选取秸秆切割器的刀盘离地高度以及刀盘与地面之间的夹角。
a.机具作业b.测量留茬高度玉米秸秆切断率的试验中，刀盘离地高度、刀盘与地面之间的夹角的设置如下：刀盘离地高度可选参数为作业时，每种刀盘离地高度分别与任一角度组合，称为一种工况（例如，当刀盘离地高度为300mm时，分别进行刀盘与地面之间的夹角为0、3°、6°、9°、12°、15的6次试验）。测量时，选取每种工况下所有的玉米秸秆进行测量，分别计数试验区内总的玉米株数与被完全切断的玉米株数，计算被完全切断的玉米株数与总的玉米株数的比值，即为秸秆切断率。
秸秆留茬高度平均值与刀盘离地高度关系的试验中，刀盘离地高度、刀盘与地面之间的夹角的设置如下：刀盘离地高度可选参数为300、305、310、作业时，每种刀盘离地高度分别与任一角度组合，称为一种工况。测量时，刀盘的离地高度为刀盘中心的离地高度，玉米秸秆的留茬高度选取留茬断面*高点的离地高度。选取每种工况下所有的玉米秸秆进行测量，累加所有玉米根茬的离地高度，然后除以试验地块总的玉米株数，即为留茬高度的平均值。
3结果与分析3.1秸轩切断率的试验农田工作环境比较恶劣与复杂，在实际工作中，除了玉米秸秆的生长状况以外，玉米收获机的多种工作参数都影响玉米收获机的作业效果。因此不可避免的会产生个别秸秆没有被切到或者没有被完全切断的现象；因此需要首先进行秸秆切断率的试验。
种工况下秸秆的切断率的平均值均在90%以上，达到了留高茬保护性耕作的农艺要求。以刀盘与地面之间的夹角、刀盘离地高度为自变量，秸秆切断率为因变量在坐标系中描点，用平滑的曲线连接，如所示。
切断率的平均值分别为90.16%、91.42%、92.12%、93.17%、94.33%和95.43%，也即秸秆的切断率随刀盘离地高度的增加而上升；刀盘与地面之间的夹角在015的范围内，随着刀盘与地面之间的夹角的增加，其切断率的平均值分别为90.17%、91.25%、92.33%、93.28%、94.25%和95.42%，也即秸秆的切断率随刀盘与地面之间夹角的增加而上升。
由于刀盘离地高度的增加，切割器工作的过程中，刀盘与玉米秸秆发生切割的位置点越高，由于切割器相对于收获机固定，玉米收获机摘穗辊对玉米秸秆造成的形变远大于玉米收获机前进对玉米秸秆造成的形变，所以随着切割点的提高，玉米秸秆发生的形变越小；又由于玉米秸秆下端粗，上端细，故切割点越高，切割效果越好，即秸秆切断率上升。根据上文中对秸秆切割角度的分析，在015的范围内，刀盘与地面之间的夹角越大，刀盘越近似于与玉米秸秆进行正切，留茬的断面面积越小，切断率越高。
3.2秸轩留茬高度平均值与刀盘离地高度的试验玉米收获机作业时，玉米秸秆受到高速旋转的摘穗辊的拉拽，快速向下运动，同时也受到高速旋从中可以看出，刀盘离地高度在300 350mm的范围内，随着刀盘离地高度的增加，其如所示，将66种工况下的测量结果在坐标系中描点，并且用平滑的曲线连接。可以看出，在刀盘与地面之间夹角一定的情况下，秸秆留茬高度平均值随刀盘离地高度的升高而升高，并且越来越接近刀盘离地高度值。在刀盘离地高度一定的情况下，秸秆留茬高度的平均值分别为329、333、335、337、338、341mm，也即秸秆留茬高度平均值随刀盘与地面之间夹角的增大而增大，并且越来越高于刀盘的实际离地高度。
转的刀盘的侧向推动。由于玉米秸秆具有一定的抗弯特性，受到推动之后具有回弹特性。所以刀盘离地的高度不等于玉米秸秆的留茬高度。
在刀盘与地面之间的夹角一定的情况下，刀盘离地高度越高，刀盘与玉米秸秆的切割点则越高，玉米秸秆发生切割时的形变量越小，切割之后玉米秸秆的回弹量越小，所以玉米秸秆的留茬高度平均值有接近刀盘离地高度的趋势。在刀盘离地高度一定的情况下，刀盘与地面之间的夹角越大，刀盘与玉米秸秆的切割点越高，所以留茬高度越高；相反，刀盘与地面之间的夹角越小，留茬高度越趋向于刀盘的实际离地高度。
4讨论对于玉米收获机，与其配套的切割器通常有2种；一种是通过换装割台，实现收获小麦（此时为小麦收获机）的往复式割刀，还有适用于立辊式玉米收获机的旋转式割刀；本文中选用的仿生圆盘切割器较其二者相比，具有切割玉米秸秆的相对优势。仿生刀盘在切割玉米秸秆的过程中具有省力和减小功耗的特点。
刀锯切割玉米秸秆时，玉米秸秆在与刀锯接触点处具有沿刀锯切线做离心运动的趋势；根据华中农业大学的研究成果，玉米秸秆在受到无支撑切割时，高速切割具有使割茬断面整齐，提高切断率的特点。所以刀盘的线速度要远大于机具的前进速度。
农艺学家们认为东北黑土区保留1/3的秸秆总量进行还田，已经能够满足保护性耕作的需求，由于秸秆上部细，下部粗，针对东北黑土区种植的大多数玉米品种，例如吉单系列，农大系列，郝育系列等，保留秸秆下部300到500mm即相当于秸秆总量的1/3.东北地区的玉米一年一熟，对于玉米保护性耕作的效果监测也需要多年的统计数据才能更有说服力，并且要完成该项研究，需要先有能够留高茬的玉米收获机才行，因为试验需要上百公顷的面积，没有机器难以靠人工在规定的季节完成如此大规模的试验。所以对于玉米留高茬保护性耕作模式的深入研究是个长期的课题。
5结论本文所设计的切割器，在015的范围内，刀盘与地面所成夹角越大，秸秆切断率越高，其切断率的平均值从90.17%增加到95.42%；秸秆留茬高度平均值越高，其留茬高度的平均值从329增加到341mm，并且越来越高于刀盘的实际离地高度。在300到350mm的范围内，刀盘离地高度越高，秸秆切断率越高，其切断率的平均值从90.16%增加到95.43%；秸秆留茬高度平均值越高，从307增加到363mm，并且越来越接近刀盘的实际离地高度值。
该切割器有助于辅助现有的两行玉米收获机完成留高茬保护性耕作模式的作业需求。
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