甘蔗残茬茎秆临界切割速度与深垂直旋耕刀片优化：为机械还茬作业提供关键指引

在甘蔗茬田进行深垂直旋耕（DVRT）时，土壤支撑弱导致蔗茬茎切割破碎不足。研究人员开发了弱土壤支撑下茎 - 土 - 刀系统的有限元 - 离散元（FEM - DEM）耦合模型，评估了多种刀片，优化了 HRTUB - CS 刀片参数，降低了临界切割速度和最大切割力，为优化 DVRT 刀具及其他机械还茬作业提供参考。

　　在甘蔗茬田进行深垂直旋耕（DVRT）时，土壤处于破碎状态，支撑力较弱，这使得蔗茬茎在切割过程中无法充分破碎。本研究构建了弱土壤支撑条件下茎 - 土 - 刀系统的有限元 - 离散元（FEM-DEM）耦合模型。利用该模型对大弯角刀片（LBAB）、水平旋耕通用刀片（HRTUB）、残茬粉碎刀片（SSB）及其矩形和锯齿形变体进行评估，重点分析刀片几何形状和结构参数对临界切割速度（CCS）和最大切割力（MCF）的影响。之后对切割性能最优的 HRTUB - 圆锯齿（CS）刀片几何参数进行优化。实验结果显示，刀片刃厚为 1-3mm 时，LBAB、HRTUB 和 SSB 的平均 CCS 分别达 12.8m/s、12.7m/s 和 12.8m/s，平均 MCF 分别为 322.2N、323.4N 和 327.1N。当采用刃厚 1.5mm、齿间距 8mm、高齿比 0.6 的优化 HRTUB-CS 刀片时，CCS 降至 7.9m/s，MCF 降至 226.1N，相比 LBAB、HRTUB 和 SSB，CCS 分别降低 31.3%、30.7%、33.1%，MCF 分别降低 23.1%、23.5%、24%。这些成果为优化 DVRT 刀具提供了重要依据，也为其他机械还茬作业提供了方法参考。