1. 研究目的与意义
根据目前最新的柠条收割机进行改进，对于在土地沙化严重地区的常见灌木-柠条的采，收，削进行进一步的创新。根据柠条的切削特性，设计试验，研究刀具前角、切削厚度及切削速度对切削力的影响，探索刀齿齿数齿形和刀盘转速对于整机刀片的使用寿命以及磨损后的刃磨的影响，对于确定刀盘结构形式、装配技术、切割效率提供理论依据和技术支持。
2. 国内外研究现状分析
切割是平茬、收获的关键环节。在沙生灌木平茬过程中,其切割断面质量的好坏,直接影响切割的工作效率和沙生灌木的生长繁殖。因此,研究割刀的设计理论、优化割刀的参数,为沙生灌木平茬机的研制提供理论依据,具有重要的理论意义和实用价值。
目前国内外的平茬机已经存在很多，例如有小型轮式拖拉机为配套动力的行走式机械。但其结构松散,稳定性和操作性都很差,难以适应大面积生产作业的需要.还有手扶式或一般轮式拖拉机两种配置方式,由于很多这种平茬机是电机驱动,需有电源或发电装置,适应性较差,其结构很难使枝条通畅排送,也不能适应生产作业的要求。另外大多存在诸如工件防疲劳损坏研究、刀具材料、刀齿齿型以及刃磨等方面问题。同时,柠条种植和综合利用也需要市场支持才能真正实现生态效益和经济效益同步发展的产业化格局。
但是国内已经研究出了平茬机刀具的参数优化。哈尔滨商业大学轻工学院和内蒙古农业大学机电学院的李丹婷,张志毅通过试验,找出切割影响因素(机器前进速度和割刀工作线速度)与毛茬面积比之间的关系,建立回归方程。求出在机器前进速度为0.2m/s和转速为4870r/min时,可得到最小的毛茬面积比为6.4%。刀片数量的优化,刀口有效长度的确定,割刀的重新研制及试验效果表明:用等滑切角刃口曲线方程设计割刀具有科学性与可行性。李宁等对往复式切割器刀具前角与柠条切割力的关系进行试验研究,结果表明灌木切割阻力随着刀具前角和灌木直径的增大而显著增加。同时黑龙江绥棱县林业局的毕有志研究而得灌木茎秆在轴向和径向的组织结构不同，故在不同方向上必然表现出不同的物理力学性质即各相异性因而在切割灌木过程中受到各种不同外载荷的综合作用如抗弯，抗压，抗剪切和抗撕裂等。北京林业大学俞国胜教授研制的步进手扶式割灌机,以一台7.7kw的汽油机为动力其切割器采用3圆锯片设计经测试可应用于大面积灌木平茬作业且灌木复萌率良好.另外中国林科院木材工业研究所的张占宽,彭晓瑞,李伟光,曾娟,张杰研究表明1）当锯齿前角由10增至20时,3种木材的主切削力和法向切削力均减小,其中法向切削力受锯齿前角的影响更显著。因此,宜将锯齿前角设计为15~18,以减小木材切削阻力。2)随着切削厚度由0。063mm增至0。500mm,3种木材的切削力均呈增大趋势。因此,可通过降低每齿进给量,来减小木材切削阻力。3)切削速度在3~12m/s范围内时,对3种木材主切削力和法向切削力的影响均较小。随着切削速度的提高,3种木材的主切削力和法向切削力皆呈下降趋势。在实际生产中,可通过提高转速,适当降低切削厚度,在保证切削效率的前提下,减小木材切削阻力。目前国内外的平茬机还分为微观方面的：微观领域主要研究灌木纤维在切割过程中的拉伸、挤压、断裂等变化。马永康等通过对柠条的切割机理进行研究后指出,在切割过程中刃口挤压导致纤维层之间发生相对滑移进而发生剪切破坏并最终剪下枝条。
3. 研究的基本内容与计划
对于柠条切割理论的分析，参照相应的标准，确定适合的方案。明确设计的柠条采收机所处的工作环境对于锯片性能的要求，柠条采收机切割装置主要应用于西北地区凹凸不平，沙石遍布，土壤沙化严重的地区。主要研究对于确定刀盘结构形式、装配技术、切割效率等提供理论依据和技术支持。采用计算论证，采用理论设计、有限元和试验分析的方法。通过研究圆盘回转式切割机理以及柠条锯切特性，搭建试验台，选用不同圆锯片（不同锯片厚度、前角、后角、锯料厚度、齿边斜角等），对柠条进行切削实验，分析最佳切割线速度，锯切力与锯切功率之间的关系。具体的内容为①确定切割刀盘结构。②确定材质参数。③确定切割线速度。④研究刀速和切割效率之间的关系。⑤研究刀速和割净率之间的关系。⑥研究刀盘结构、参作参数和柠台含水率之间的关系。
2月25至3月15收集资料，文献；撰写开题报告
3月16至3月30熟悉课题，查看资料，确定设计方案
4. 研究创新点
切削力均随着切削厚度的增加而增大，刀具转速为4870r/min时平茬效率较高，且锯齿前角为15~18,能保证较小的切削力,有助于提高切削稳定性,降低切削功率。由于这些参数会随着树种的不同而变化，因此要采取实验选取最适合柠条的参数值。另外树种间密度一阻力关系的显著性，三个切削方向0-90,0-90,90-90绝大部分条件下都表现为特别显著。三个方向相比,也是90-90方向较其他二方向相关更为显著。因此在切削时还要研究柠条密度来得到阻力从而确定刀具的转速和刀齿。此外虽然切割灌木的时机选择应尽量在灌木茎秆含水率低时进行,此时灌木纤维韧性较小,但密度一阻力关系在不同切削厚度、刀具前角和木材含水率下的变动有一个统一趋势。因此可以减少实验的变量。通过对切割后的割刀观察发现,割刀刃口在切割过程中并没有完全参与工作,只有部分段刀刃参与切割,如果可以增加刃口的有效长度,则可加强刃口的滑切作用,提高割刀工作效率和切割质量。又由于斜切较正切省力因此我们决定使用斜切的模式。
