毕业设计论文杂草切割阻力试验

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1、全日制普通本科生毕业论文杂草切割阻力试验The Experiment of Weeds Cutting学生姓名：学 号：年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（1）班指导老师及职称： 学 部：理工学部提交日期：2012年5月 全日制普通本科生毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同

2、拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 前言2 1.1 水力切割的国内外研究现状2 1.2 水力除草的研究意义52 试验台的设计8 2.1 试验台构成及工作原理8 2.2 试验材料与方法9 2.3 试验结果与分析10 2.3.1 杂草直径对切割阻力的影响10 2.3.2 植物含水率对切割阻力的影响13 2.3.3 电机转速对切割阻力的影响16 2.3.4 削切角对切割阻力的影响18 2.3.5 多因素综合影响试验203 结论21参考文献22致谢23杂草切割阻力试验摘 要：水切割技术化水为刀，通过加压水泵的作用使水从一个极细的喷嘴喷出

3、，形成高速水射流。本论文论述了水切割技术的应用研究及发展，并提出了水力切割除草的新概念，与传统方法比较得出水切割技术除草具有无污染，清洁卫生，粉尘少，刀具无磨损，噪音小等优点，具有广泛的应用前景。为开发水力除草，通过切割实验确定杂草切割阻力及切割因素（植物直径、含水率、电机转速、削切角）对切割阻力的影响。以蒿草、狗尾草和牛筋草为实验对象分别测定其茎杆切割阻力、分析其影响因素。实验结果表明，杂草切割阻力与电机转速对数成反比，与杂草直径平方成正比,与削切角平方成反比；不同杂草含水率对切割阻力影响不同，成一定的函数关系。同种杂草，直径、含水率、削切角和电机转速依次影响切割阻力。为水力除草设备设计提供

4、了一定的理论依据。关键词：切割阻力 含水率 直径 转速 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水力切割的国内外研究现状水力切割技术是国外70年代开发，80年代发展起来的高新技术，已广泛应用于工业，医疗，食品加工等领域水切割技术化水为刀，通过加压水泵的

9、作用使水从一个极细的喷嘴喷出形成告诉水射流。这种水流具有极大的能量，能切割木材，纸张，塑料等软性物质。若在水中混入一定比例的石英砂料，这种高速夹砂水射流几乎可以切割任何物质，在切割材料时，不会发生任何化学或物理的变化。综述了水切割技术的应用研究及发展，并提出了水力切割除草的新概念，与传统方法比较得出水切割技术除草具有无污染，清洁卫生，粉尘少，刀具无磨损，噪音小等优点，具有广泛的应用前景。水力切割除草是一种新型机械除草方式，以水射流的冲击力切断杂草茎秆。故杂草切割阻力的研究可为机械除草设备设计提供理论依据；减少设备磨损，提高切割效率等，使设备达到最优。本试验通过改进苗木切割试验台，制出杂草茎杆切

10、割力测试仪。通过试验，确定了南方三种常见杂草的切割阻力，分析了影响切割阻力的四种因素及其影响效果。水切割技术化水为刀，通过加压水泵的作用使水从一个极细的喷嘴喷出，形成高速水射流。这种水射流具有极大的能量，能切割木材、纸张、塑料等软性物质。若在水中混入一定比例的石英砂料，这种高速夹砂水射流几乎可以切割任何物质。在切割材料时，不会发生任何化学或物理的变化，切割时没有机械切割的噪音，切割成品边缘平整不毛糙，是一种绿色环保的切割方式，正越来越广泛地应用于工业、机械制造、医学和食品加工等领域，而在农业工程领域尚无相关报道。水力切割原理水力切割就是利用超高压技术把普通水加压到250400Mpa压力，通过内

11、孔直径0.150.35mm的宝石嘴喷射成速度8001000ms的高速射流，俗称水箭，可用软基性材料；若在水箭中加入适量的磨料则几乎可以切割所有的软硬材料。目前所用水刀主要包括供水系统、增压器、蓄能器、开关、控制系统、磨料添加系统、喷头及接收器，系统装置如图1 所示。供水系统添加磨粒系统喷头增压器蓄能器开关控制系统接收器 图1 水切割系统简图Fig.1 Water cutting system diagram 水从供水系统输入增压器，形成高压水；在蓄能器的作用下，水压被维持在一定范围内，便于输送连续、稳定的水流至开关；控制系统控制增压器的压力大小及开关的打开、闭合，控制一定压力的连续水流至喷头；

12、磨料添加系统用于在水流中加入石英砂等磨料，若用纯水切割，则不需此部分；水流从喷头射出，完成切割；接收器用来消除切割后水流的能量。发展过程水刀的提出可追溯到1950年，被公认为“水刀之父”的NomEn Franz博士寻找一种高效的大型木材切割方法，他迫使水流通过极细喷嘴，第一次获得了短暂的高压射流，这种高压水射流可以切割木材及不太坚硬的物质；60年代，高压柱塞泵和增压器的使用推动了水射流的研究工作；1974年美国FLOW公司研制出第一台水切机产品；1979年，被称为“加砂水刀之父”MohamEd Hashish的博士开始研究增加水切割能量的方法，1980年他发明了在普通水刀中添加砂料的方法，几乎

13、能切割任何物质，水切割技术第一次用于切割金属、玻璃和混凝土；1984年在美国首先开始采用磨料水切技术。1996年南京大地水刀公司研制开发出了我国第一台高压水切割产品。到目前为止，主要在发展其应用范围发展。水力切割在工业上的应用：水射流技术在我国应用于工业的初次尝试是20世纪50年代末与前苏联发展水力采煤。经过近年发展，水射流技术已广泛地应用与工业生产中。李岳峰、廖勇等总结水刀切割石材的特点为加工精确、材料利用充分、操作简便、无污染等。在机械加工中，由于刀具与工件的相对运动产生热量，刀具好坏明显地表现在产品的加工质量上。而且刀具随加工使用而磨损、变钝。在切削加工中由于刀具对工件的摩擦产生切削热使

14、刀具磨损变钝。水刀加工特殊的切削方法给制造业提出了新的加工途径。张海龙等对水力切割钛及钛合金做了研究，结果表明用水力切割钛及钛合金成本为普通切割的1/3，效率是普通切割的5倍，数据见表1 。表1 高压水刀切割与火焰切割比较Table 1 High pressure water knife cutting and flame cutting comparison切割方式切割长度（m）费用合计（元）切割时间（h）水刀切割65971.5火焰切割616387.5另外，水刀切割精度高、热影响区小、金属损失少，明显优于火焰切割。水力切割技术也应用于地基处理，它与工程施工技术结合应用，具有施工速度快、可靠性

15、高、费用低等特点。因其独特的的优点，经过近年发展，亦广泛应用于航空航天、国防等领域。1982年，德国俩位医学教授Papachirstou和BartErs首次将水刀切割技术引入医学领域。他们将水刀设备（工业水刀）用于肝脏外科手术，用水切割将肝脏病变部分洗掉而不损伤肝内血管和胆管，成功施行了肝叶切除手术。1990 年，德国Rau 将医用水刀应用于临床，从此水刀在外科手术中得到广泛应用，目前已用于肝胆外科、泌尿外科、颌面外科、骨科、神经外科、耳鼻喉科及眼科手术等。它的作用是代替手术刀，与传统的手术相比，水刀手术具有失血少、无热效应产生的坏死和粘连、切割线平整鲜明、精确控制水压可精确控制切割深度、选择

16、水压可切除实体组织而保留血管和神经且对其无明显损害,配备抽吸功能可避免污染、使用酒精检测技术检测液体吸入、加磨料微粒增加切割深度和切割硬度大的组织 （如骨）及切割深度等优点。李昕晟等提到了水力切割在“5.12”大地震中的应用，与其他救援方式比较，水力切割具有切割材料无选择、可控性好、操作性强、切割速度快、工作环境好、安全性高、适应性强等优势。水刀切割也应用于家具生产中，主要分割和切削各种材料，使得原材料分割精确，削面更光洁；水刀切割不产生切削应力，不产生切削热效应，无需二次加工，减少了加工时间，降低了制造成本。水力切割在食品加工中可切割各种食物，切割介质除水外还可用酒精、甘油等，可纯水切割也可

17、加磨料（如盐、糖）切割。水力切割食物，食品营养和功能损失少，提高了加工产品质量；食品断面光滑、形状规整，也可切出特殊形状，作为新的产品造型。水力切割还被用于陶瓷工艺，具有切割速度快、无热效应、节约材料、不变形等优点。水力切割加工技术有加工质量高、切缝窄、材料利用率高、切口质量好、切割面垂直、切削无火花、无污染等特点；由于水的冷却作用，工件温度较低，适合对易燃易爆物件如木材、纸张等的加工，提高了操作人员的安全性。加工刀具为高压高速水流，加工过程中不会变钝，减少了刀具准备、刃磨等时间。因其适用范围广，操作安全性高，工作环境好，近年来已迅速被应用于工业、医学等各个领域，而在农业方面尚无相关应用。1.

18、2 水力割草的意义农业生产中,杂草直接影响各种作物产量、品质及经济效益，广义的杂草定义则是指生长在对人类活动不利或有害于生产场地的一切植物。主要为草本植物，也包括部分小灌木蕨类及藻类。全球经定名的植物有三十余万种，认定为杂草的植物约八千余种;在我国书刊中可查出的植物名称有36000多种，认定为杂草的植物有119科1200多种。除可按植物学方法分类外还可按其对水分的适应性分为水生、沼生、湿生和旱生，按化学防除的需要分为禾草、莎草和阔叶草，此外还可根据杂草的营养类型、生长习性和繁殖方式等进行分类。其生物学特性表现为：传播方式多，繁殖与再生力强，生活周期一般都比作物短，成熟的种子随熟随落，抗逆性强，

19、光合作用效益高等。农田杂草的主要为害为：与作物争夺养料、水分、阳光和空间，妨碍田间通风透光，增加局部气候温度，有些则是病虫中间寄主，促进病虫害发生；寄生性杂草直接从作物体内吸收养分，从而降低作物的产量和品质。此外，有的杂草的种子或花粉含有毒素，能使人畜中毒。除草方法包括植物检疫即对国际和国内各地区间所调运的作物种子和苗木等进行检查和处理，防止新的外来杂草远距离传播。这是一种预防性措施，对近距离的交互携带传播无效，须辅以作物种子净选去杂、农具和沟渠清理以及施用腐熟粪肥等措施，以减少田间杂草发生的基数。人工除草包括手工拔草和使用简单农具除草。耗力多、工效低，不能大面积及时防除。现都是在采用其他措施

20、除草后，作为去除局部残存杂草的辅助手段。机械除草使用畜力或机械动力牵引的除草机具。一般于作物播种前、播后苗前或苗期进行机械中耕耖耙与覆土，以控制农田杂草的发生与危害。工效高、劳动强度低。缺点是难以清除苗间杂草，不适于间套作或密植条件，频繁使用还可引起耕层土壤板结。物理除草利用水、光、热等物理因子除草。如用火燎法进行垦荒除草，用水淹法防除旱生杂草，用深色塑料薄膜覆盖土表遮光，以提高温度除草等。化学除草即用除草剂除去杂草而不伤害作物。化学除草的这一选择性，是根据除草剂对作物和杂草之间植株高矮和根系深浅不同所形成的“位差”、种子萌发先后和生育期不同所形成的“时差”、以及植株组织结构和生长形态上的差异

21、、不同种类植物之间抗药性的差异等特性而实现的。此外，环境条件、药量和剂型、施药方法和施药时期等也都对选择性有所影响。20世纪70年代出现的安全剂,用以拌种或与除草剂混合使用,可保护作物免受药害，扩大了除草剂的选择性和使用面。由种子萌发的一年生杂草，一般采用持效期长的土壤处理剂，在杂草大量萌发之前施药于土表，将杂草杀死于萌芽期。防除根状茎萌发的多年生杂草，则采用输导作用强的选择性除草剂，在杂草营养生长后期进行叶面喷施，使药剂向下传导至根茎系统，从而更好地发挥药效。化学除草具有高效、及时、省工、经济等特点，适应现代农业生产作业，还有利于促进免耕法和少耕法的应用、水稻直播栽培的实现以及密植程度与复种

22、指数的合理提高等。但大量使用化学物质对生态环境可导致长远的不利影响。这就要求除草剂的品种和剂型向低剂量、低残留的方向发展，同时力求与其他措施有机地配合，进行综合防除，以减少施药次数与用药量。生物除草利用昆虫、禽畜、病原微生物和竞争力强的置换植物及其代谢产物防除杂草。如在稻田中养鱼、鸭防除杂草，20世纪60年代中国利用真菌作为生物除草剂防除大豆菟丝子，澳大利亚利用昆虫造一个有利于作物生长而不利于杂草繁生的生态环境。如实行水旱轮作制度，对许多不耐水淹或不耐干旱的杂草都有良好的控制作用。在经常耕作的农田中，多年生杂草不易繁衍；在免耕农田或耕作较少的茶、桑、果、橡胶园中，多年生杂草蔓延较快，一年生杂草

23、则减少。合理密植与间作、套种，可充分利用光能和空间结构，促进作物群体生长优势，从而控制杂草发生数量与为害程度。综合防治农田生态受自然和耕作的双重影响，杂草的类群和发生动态各异，单一的除草措施往往不易获得较好的防除效果；同时，各种防除杂草的方法也各有优缺点。综合防除就是因地制宜地综合运用各种措施的互补与协调作用，达到高效而稳定的防除目的。如以化学防除措施控制作物前期的杂草，结合栽培管理促成作物生长优势,可抑制作物生育中、后期发生的杂草;在茶、桑、果园及橡胶园中，用输导型除草剂防除多年生杂草，结合种植绿肥覆盖地表可抑制杂草继续发生等。20世纪70年代起，一些国家以生态学为基础，对病、虫、杂草等有害

24、生物进行综合治理，研究探索在一定耕作制条件下,各类杂草的发生情况和造成经济损失的阈值,并将各种除草措施因地因时有机结合，创造合理的农业生态体系，有可能使杂草的发生量和危害程度控制在最低的限值内，保证作物持续高产。它们生长于田间及地边等农作物旁，长期适应当地作物、耕作、气侯、土壤等生态条件，是农业生态系统中的一个组成部分，主要特点为传播方式多，繁殖与再生力强，生活周期短，种子随熟随落，抗逆性强等。由于它的这些特点，平均每年给粮食产量带来的损失高达7.5%25%1,2。我国主要杂草种类有60多种，与作物争光、争肥、争水，严重影响作物的生长与发育，甚至使良田变成荒地3,4。因此清除杂草在农业工程中具

25、有重要意义。目前常用的除草方法有机械除草、化学除草及生物除草5，机械除草效率高、目标明确，但是噪声大、粉尘多，工作环境恶劣6,7；化学除草作用迅速、使用方便，易于推广，但是化学药剂的污染问题难以解决；生物除草效果持久、成本低，但是除草周期长，极易造成生物链的不平衡8,9,10。杂草切割阻力的试验研究是在针对目前除草方法的缺点，提出水力切割除草11的基础上，对杂草切割阻力影响因素进行试验和分析。目前，对植物的力学特性研究中，对于木质部较发达的植物如棉花12 、芒草13、秸秆14、果树苗15,16等有较为详细的探讨，而对于木质部不发达的杂草如狗尾草等尚未见相关报道。另外，当前环境问题已经成为人类关

26、注的焦点，大气、土地等环境污染已严重干扰人类的生存与发展。治理中，植树种草等绿化措施可以涵养水源，减少水土流失，改良气候及改善空气质量等，因此越来越受到人们的重视；而草坪杂草的治理也是一个严重的问题，我国草坪杂草种类约有450种，分属45科、127属；化学除草主要是喷洒除草剂等，具有效果迅速、使用方便、易于推广等优势，也是目前最普遍的除草方法；但化学除草一般只是杀灭杂草在地面的部分，若长期使用会因作物产生抗药性而失效；且它易造成误杀，对人畜有毒害作用，易造成环境污染。生物除草指利用寄主范围较专一的植食性动植物或病原微生物将杂草控制在经济、生态或环境美化允许的水平。生物除草控制效果持久，防治成本

27、低廉，作为一种新兴的除草方式，越来越受到人们的重视。然而生物除草效果产生缓慢，从引入原产地的天敌到其与杂草之间形成相互调节、相互制约的生态平衡需要几年或更长的时间。水刀除草属机械除草范畴，它以水为切割介质，与传统的机械除草比较，具有清洁卫生、粉尘少、噪声小等优点；与常用的化学除草比较，具有无污染、无毒副作用等好处；与生物除草比较，具有见效快，不影响生物链，适用广泛等特点。随着水切割技术的不断发展，水力除草将有广泛的应用前景。水力切割是一种新型的切割方式。它具有适应范围广、切割效率高、切割精度好、刀具无消耗、对材料性质无影响等优点，由于它的这些独特优势，在很多行业以得到应用。而在除草范畴，它没有

28、污染，对环境影响小；工作时不产生灰尘及有毒气体，可提供清洁安全的工作条件；低压水射流工作时噪声小，对居住密集地区的居民影响较小；只要解决工作台及相关技术问题，水力除草将会大有作为。为开发水力除草，通过切割实验确定杂草切割阻力及切割因素（植物直径、含水率、电机转速、削切角）对切割阻力的影响。以蒿草、狗尾草和牛筋草为实验对象分别测定其茎杆切割阻力、分析其影响因素。实验结果表明，杂草切割阻力与电机转速对数成反比，与杂草直径平方成正比,与削切角平方成反比；不同杂草含水率对切割阻力影响不同，成一定的函数关系。同种杂草，直径、含水率、削切角和电机转速依次影响切割阻力。得出自然条件下，切断三种杂草最小切割线

29、速度为0.08m/s；最大切割力11.10N。为水力除草设备设计提供了一定的理论依据。2 试验台的设计2.1 试验台构成及工作原理试验台由电机、调速控制和显示仪、夹持装置、切割装置及压力测量装置组成。如图1所示：电机为PC-B型带传动试验台主电机，功率335W，额定转速1500r/min，通过调速开关可实现转速01500r/min。夹持装置固定于电机轴线竖直平面，得到杂草切割阻力最大。切割装置刀柄自制，半径80mm。压力测量装置由PPM225-LS1型压力传感器与PPM-TC1CT压力显示仪组成，传感器量程5kg，数显仪精度0.001kg。图2 植物茎杆切割力测试仪Fig.2 plant st

30、ern cutting force reflector电机外壳固定与支座轴承上，可与绕转子重合的轴线摆动。当电动机启动后，刀柄（阻力力臂L2）转动，由于定子与转子之间磁场的相互作用，刀片切割杂草茎秆时，电动机外壳向与转子旋转的相反方向旋转，其扭矩通过固定在定子外壳上的传力臂（扭力力臂L1）传送到压力传感器上，由数字显示控制仪读出。在一般工程计算中，可忽略空载转矩T0，即可认为电磁转矩T与转轴上的输出转矩TD相等17。即：轴上输出转矩：TD=10-2FCL1;电磁转矩:T=10-2Q1L2式中FC为切割阻力;Q1为数字显示控制仪的读数；L1为切割阻力力臂（L1=80mm）；L2为扭力力臂（L2=

31、120mm）。切割阻力FC可由式（1）计算得出。 FC=Q1L2/L1=1.5Q1 (1)2.2 试验材料与方法试验选取三种南方常见杂草：蒿草(Humilis)，狗尾草(Setaria )和牛筋草(Goosegrass)作为实验对象。图分别如下：图3 蒿草Fig.3 Humilis图 4狗尾草 Fig.4 Setaria图 5 牛筋草Fig.5 Goosegrass杂草直径用游标卡尺测量；削切角通过水平调整夹持装置的位置实现；含水率分为天然含水率、淹水含水率（将杂草淹没于水中24小时）和风干含水率（将杂草置于阴凉通风环境24小时）；电机转速由调速开关调节，并可由PC-B型试验台数字显示仪直接读

32、数。切割实验在湖南农业大学机械设计试验室内分两次进行，第一次2011年12月3日，为杂草直径、削切角、电机转速及天然含水率试验，第二次12月4日，为风干含水率和淹水含水率试验及蒿草正交试验。试验分组：测量直径并分3组，第一组立即进行试验，第二组自然风干，第三组淹水，24小时后进行试验。最小切断转速：分别选取三种杂草最大直径作为切断植物最小转速实验；接通电源，由小到大调速；断电，固定杂草；通电工作，若杂草被切断，记录数字显示仪读数作为杂草切断最小转速。试验过程：接通电源，调速至杂草最小切断转速；断电，固定杂草，调整夹持装置；通电切割，记录压力显示仪读数，每次试验重复3次，结果取平均值。 2.3

33、试验结果与分析2.31 杂草直径对切割阻力的影响分别选取3种杂草的5种直径，转速固定为能切割最大直径的杂草转速不变，分别切割杂草各3次 记录切割力，分别取其平均值（每种杂草需15颗），如表2所示：25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）0.250.170.541.24

34、1.000.730.952.882.163.133.69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 三种植物不同直径所需切割力Table 2 Three kinds of different diameter cutting force for plant将上表直径分为大，中，小（具体范围根据植物直径范围分类）3种直径，即正交试验中的直径3水平：如表3所示:表 3 正交试验中的直径3水平 Table 3 The dia

35、meter of the orthogonal experiment 3 level蒿草直径（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切割阻力与蒿草直径关系如图6所示。通过数据分析与拟合，杂草切割阻力与杂草直径平方呈正比。由于随着植物的生长，植物直径增大，植物内部组织结构也趋于成熟，纤维等组织强度增加和植物外表面硬度增加；另外随着植物直径的增大，切割面积增大，切割阻力也会增大。 (a) 蒿草直径与切割力关系(a) Humilis diame

36、ter and cutting force relationship(b) 狗尾草直径与切割力关系(b) Setaria diameter and cutting force relationship(c) 牛筋草直径与切割力关系(c) Goosegrass diameter and cutting force relationship 图6 植物直径对切割阻力的影响Fig.6 Relationship of the diameter and the force在自然条件下，植物直径是大小有别的，同一气候、同一地点的同种类同直径植物，生长状况亦各不相同，在实际设计中应选取实验结果中的最大切割阻

37、力，本实验中最大切割阻力为7.28N。2.3.2植物含水率对切割阻力的影响植株含水率测定: 牛筋草 狗尾草选取被切断部位以上一节处，蒿草选取自切断部位以上10mm。只取主干.步骤：1 分别称重，牛筋草记为a1，狗尾草记为b1，蒿草记为c1 2 放入烘箱，6h以后取出称重 分别记为a2，b2，c2 3 继续放入烘箱，8h后取出称重 分别记为a3，b3，c3 。若a2=a3，或b2=b3 或c2=c3则此为干重。若不等 则 4 继续放入烘箱，10h后取出称重 分别记为a4，b4，c4。若a4=a3或b4=b3或c4=c3则此为干重。无需继续 若不等，则 5继续放入烘箱，10h后取出称重 分别记为a

38、5，b5，c5。若a4=a5或b4=b5或c4=c5则此为干重。无需继续 若不等，则继续放入，10h后相等，知道an-1=an或bn-1=bn或cn-1=cn为止 6 最终测得三种杂草干重别为an，bn，cn含水率计算公式为： =（a1-an）/a1 （2）根据所得数据蒿草和狗尾草含水率与切割阻力呈负相关且影响显著，牛筋草含水率与切割阻力呈正相关，二者关系相反。本试验选取杂草直立段以上10cm以内为切割位置，蒿草无匍匐段，狗尾草匍匐段较短，故切割位置靠近根部，木质部较发达，纤维较结实；牛筋草匍匐段较长，切割位置靠近顶部，茎秆较嫩，且为空心段，导致其切割阻力较小且和蒿草、牛筋草与含水率关系不同。

39、选取3种杂草各9株，要求每9株杂草直径相等，各分为3组，每组3株，第一组立即切割，记下切割力，测出其含水率，各取平均值。第二组淹没在室温下水内24小时 第三组置于室温下晾干24小时，分别切割，记下切割力，测出含水率，各取平均值（每种杂草9颗），得到如下三表：表 4 自然含水率Table 4 Natural moisture content次数原始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

40、水率：（1.31-0.33）/1.31100%=74.80%表 5 晾干含水率 Table 5 Air dry moisture content次数原始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次数原始123蒿草1.950.370.37狗尾草0.620.190.

41、19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 不同含水率对切割力的影响 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76.1

42、9%74.80%50%F (N)2.181.531.25植物含水率与切割阻力的关系如图7所示，得出蒿草含水率降低将引起切割阻力显著增大，两者呈乘幂关系；狗尾草含水率增大时，切割阻力显著减小，呈二次线性关系；牛筋草含水率增大时，切割阻力也增大，呈指数关系。(a)蒿草含水率与切割力关系(a) Humilis Moisture content and cutting force relationship(b) 狗尾草含水率与切割力关系(b) Setaria Moisture content and cutting force relationship(c)牛津草含水率与切割力关系(c) Gooseg

43、rass Moisture content and cutting force relationship图7 植物含水率对切割阻力的影响Fig.7 Relationship of moisture content and the force2.3.3电机转速对切割阻力的影响（电机转速影响水压流量即为水压流量对切割阻力的影响）将主机由低到高找出能切割3种杂草特定直径的最小转速，分别选取该直径3种杂草各颗，分别设定转速n1n2n3各切割3次，结果取平均值（需每种杂草9颗）如表8所示：表8 最小转速与切割力关系Table 8 Minimum rotational speed and cutting

44、force relationship蒿草转速（转每分）最小切断转速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电机转速对切割阻力的影响如图8所示，切割阻力与电机转速呈对数关系，转速较低情况下，随着转速提高，切割阻力有明显下降；高转速情况下，随着转速提高，切割阻力缓慢下降。实践中，适当提高转速，可达到良好的切割效果。切割设备在PC-B型传动试验台上进行，通过自制半径80mm长刀柄安装于电动机轴上转动而

45、切割放置于电动机轴线位置上的杂草。切割力由传动试验台的电动机扭矩读数根据力学公式换算得来。夹持植株根部形成植物自然生长情况下的固定模式。植物品种选取为牛筋草、狗尾草、蒿草3种，切割位置于自然生长状态下的根部以上垂直距离待定50mm、狗尾草50mm、蒿草100mm范围内。除滑切角实验外，其余试验切割角度都为90。（a） 蒿草转速与切割力关系（a） Humilis Speed and cutting force relationship(b)狗尾草转速与切割力关系 (b) Setaria Speed and cutting force relationship(c) 牛筋草转速与切割力关系(c)

46、Goosegrass Speed and cutting force relationship图8 转速对切割力的影响Fig.8 Relationship of the cutting rate and the force2.3.4削切角对切割阻力的影响同一直径，同一含水率，各取其最小切断转速。调整滑切角分别为45，60，75分别切割3次，取平均值（每种杂草需9颗）制作下表格：表 9 不同切削角对切割力关系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

47、切割力F由于狗尾草和牛筋草在削切角试验中切割阻力很小，在本次试验中所得数据相对切割阻力很小，在本次试验中所得数据相对误差较大，结论真实性不高，本文中仅对蒿草的试验结果进行分析。削切角取45、60和75，得到削切角对蒿草切割阻力的影响关系如图9，分析图中数据可知，在4575范围内，削切角越小，切割阻力越大，切割阻力与削切角平方呈反比。得到如下表格：表 10 蒿草削切角与切割力关系Table 10 Relationship of the cutting angle and force蒿草角度456075F1.551.200.11图9 蒿草削切角与切割力关系Fig.9 Relationship of

48、 the cutting angle and force3.5 多因素综合影响试验 本实验采取正交试验法，以蒿草作为实验对象，探索杂草切割阻力影响因素（含水率、削切角、直径、转速）的影响程度。在切割率为100%前提下，试验以切割阻力为指标。试验因素及水平如表11。试验选用L9（34）正交表，试验结果见表12：表11 实验因素及水平Table 11 The influence factors and levels of test水平(A)含水率（%）(B)削切角（）(C)直径（mm）(D)电机转速（r/min）148.53751.72.5238255.37602.53.5285374.80453

49、.54.5357表12 蒿草切割阻力实验结果 Table 12 Result of the force试验号(A)含水率（%）(B)削切角（）(C)直径（mm）(D)转速（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)

50、0.5773(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总 计10.545根据表12，用SPSS软件进行回归分析，得到其回归方程为Z=-0.047X+1.049Y(置信系数a=0.05)。其中X为含水率，Y为杂草直径，单位mm。9次试验中，最小切割阻力为第一组0.06N，最大切割阻力为第三组3.15N。各因素K值如表13 ： 表13 蒿草切割阻力正交试验数据分析Table 13 Analysis of the experiment指标因素

51、K值切割阻力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分析较优水平A3B1C1D1主次因素C、A、B、D最优方案A1B2C3D2分析表13，对杂草切割阻力影响显著性依次为杂草直径、杂草含水率、刀片削切角、电机转速。选出最优方案为A1B2C3D2。在实际切割中，杂草直径和杂草含水率不可变，电机转速的提高对电机及其配套设施要求高，实际运用难度大，故应尽量增大

52、刀片削切角，适当提高电机转速。3 结论本试验研究表明：1.杂草切割阻力与直径平方正比 F=a1d2+b1d-c1 （a，b，c已知，d，n未知,下同）；(1).蒿草直径与切割力的关系 F=0.0057d2+0.5874d-0.4486，极差R2=0.882； (2).狗尾草直径与切割力的关系 F=0.0466d2-0.1455d+0.5542 ，极差R2=0.8758； (3).牛筋草直径与切割力的关系 F=0.0236d2-0.1019d+0.8814 ，极差R2=0.8714；2. 杂草切割阻力与削切角平方成反比 F=-a22+b2+c2； 蒿草切削角与切割力关系F=-0.44622+1.

53、9087-0.42，极差R2=1；3. 杂草切割阻力与电机转速对数成反比 F=a3Ln(n)+b3 ； (1). 蒿草切割阻力与电机转速关系 F= -9.6172Ln(n)+14.488，极差R2=0.9641；(2). 狗尾草切割阻力与电机转速关系 F= -3.4109Ln(n)+4.7584，极差R2=0.9721；(3). 牛筋草切割阻力与电机转速关系 F= -4.8701Ln(n)+7.1041，极差R2=0.9813；4.不同杂草含水率与切割阻力关系不同， 蒿草切割阻力与含水率乘幂成反比 F=46.282-2.025，极差R2=0.993；狗尾草切割阻力与含水率平方成反比 F=-0.

54、662+2.24225+1.215 ，极差R2=1；牛筋草切割阻力与含水率指数成正比 F=1.0482e0.2781，R2=0.9757。5.蒿草和狗尾草含水率对切割阻力影响较明显，牛筋草含水率对切割阻力影响较小。平均切割阻力蒿草狗尾草牛筋草。6.正交试验表明，蒿草直径、含水率、削切角和切割速度依次影响切割阻力大小。综合上述实验结果及植物生长的规律，对杂草切割阻力影响最显著的因素为杂草本身的性状如杂草种类、成熟程度、生长状况等；切割中人为控制的如切割速度、削切角等因素为次要影响因素。在实际生产中，不同地域主要杂草种类不同、不同季节杂草生长状况不同，故应在其基础上增大削切角及切割速度，尽量减小切

55、割阻力。参考文献1 孟祥宇.农业杂草的可持续治理探讨J.河南农业,2006(9):27.2 金环宇,田平.农田杂草的危害及防除措施J.种业导刊,2008(6):30-31.3 强胜.杂草学M.北京农业出版社,2001. 144-155,234-236.4 潘雷,陈树人,栗移新等.CO2激光除草应用初步研究J.农机化研究.2008(6):171-173.5 李江国,刘占良,张晋国等.国内外田间机械除草技术研究现状J.农机化研究,2006(10):14-16.6 唐秀丽,谭万忠,付卫东等.外来入侵杂草黄顶菊的发生特征与综合控制技术J.湖南农业大学学报, 2010(12): 694-699.7 张旭

56、臣.浅谈生物源除草剂的研究概况J.安徽农学通报,2009(15):150-150.8杨正祎.浅谈化学除草技术在农业生产中的应用J.云南农业,2010(7):39-40.9 杨恒友,张剑,刘杰.微生物除草剂研究现状与展望J.北方园艺,2010(14):208-210.10 许新桥,陈国海.林业化学除草应用现状及发展前景J.林业科技通讯,2000(2):44-4511 张林,李明,裴毅.水力切割应用研究及发展J.湖南农机.2011(1):95-9812 杜现军,李玉道,颜世涛等. 棉杆力学性能实验J农业机械学报,2011( 4): 87-9113 姚 珺,李明,汤楚宙等.芒草茎秆弯曲特性试验J.湖

57、南农业大学学报，2011,37（6）：681-68514 胡婷,付志一,焦群英.小麦茎秆抗弯性能研究J农业工程学报,2006 (10): 31-3515 李明,汤楚宙,谢方平等.毛桃苗力学特性试验研究J.农业工程学报,2005,21(3),29-33.15 李明,汤楚宙,吴明亮等.苗木嫁接机器人切削机构模拟实验J.农业工程学报, 2008(6): 129-132.16 李明,汤楚宙, 吴明亮等.苗木切削试验台的研制J.湖南农业大学学(自然科学版),2004,30(6):572-575.17 顾绳谷.电机及拖动基础M.机械工业出版社,1999， (7):13-15.18王宏.水刀在神经外科的应用J.中国现代神经疾病杂志,2004，(4):13-15.19李岳峰,宋敬伟.超高压水射流在石材切割中的应用J.石材,1999，(3):13-15.20刘忠伟,邓英剑.水喷射加工技术及其在机械领域的应用J.制造技术与机床,2004，(2).37-40.21陈光明.超高压水射流切割技术在食品加工中的应用J.机床与液压,2008，(10):220-224.22费修莹.水刀J.广州轻工业,2005，(5):91-92.23任家隆.水喷射加工技术的现状及发展J.华东船舶工业学院学报,1995，(9):90-96.24福禄公司. 福禄超高压水刀的优势J.航空制造技术,2009，(19