甘蔗叶粉碎还田机的结构优化与性能提升研究：基于MATLAB算法与模糊可靠性设计的高效解决方案

针对现有甘蔗叶粉碎还田机存在的高纤维叶片处理不彻底、残渣分布不均及能耗高等问题，研究人员通过优化1GYF-150机型结构，结合MATLAB优化算法与模糊可靠性函数，改进刀辊平衡性并降低重量。田间测试显示，优化后机型在叶片含水率31.8%条件下，拾取率提升至98.4%，粉碎率（≤20 cm）达94.4%，能耗降低12.8%，为甘蔗叶资源化利用提供了高效技术方案。

　　

甘蔗是全球广泛种植的重要经济作物，但其收获后遗留的高纤维叶片难以处理，传统焚烧方式不仅污染环境，还浪费资源。现有粉碎还田机存在粉碎不彻底、残渣分布不均、能耗高等问题，严重制约后续耕作。针对这一难题，国内某研究团队在《Smart Agricultural Technology》发表论文，通过结构优化与性能评估，开发出高效甘蔗叶粉碎还田解决方案。

研究采用ProE建模分析核心组件工作原理，对比直刀、锤爪刀等刀具性能，结合MATLAB优化工具箱与模糊可靠性函数（Fuzzy Reliability Function）对刀辊进行轻量化设计。田间试验以典型热带地区甘蔗叶含水率31.8%为条件，通过正交试验（L9(3⁴)）分析刀片线速度、行进速度等参数影响。

4.1 性能指标分析
优化后机型拾取率η达98.4%，粉碎率θ（≤20 cm）提升至94.4%，较原机型分别提高0.8%和7.1%。关键改进在于采用"2直刀+1改良L型刀"组合结构，通过径向重叠设计增强剪切效果。

4.2 刀辊平衡性优化
基于第四强度理论建立力学模型，使刀辊危险截面弯曲应力σ和扭转应力τ满足√(σ²+3τ²)≤200 MPa。优化后刀辊外径从300 mm减至290 mm，壁厚由8 mm降至6 mm，质量减少27.1%，振动显著降低。

4.3 多因素影响实验
正交试验表明：刀尖离地间隙（D）对拾取率影响最大（极差R1=3.8），而刀片线速度（A）对粉碎率主导（R2=32.9）。最优参数组合为线速度52 m/s、行进速度0.70 m/s、定刀间距40 cm、刀尖间隙12 cm。

5. 讨论与结论
该研究创新性地将模糊可靠性理论应用于农业机械设计，解决传统方法难以量化随机性与模糊性的问题。优化后的1GYF-150机型在保持燃油消耗21.4 kg/hm²的同时，显著提升作业质量。相比香蕉秸秆粉碎机（合格率96.76%）等同类设备，该设计更适配甘蔗叶高纤维特性。未来需进一步研究极端湿度条件下的适应性改进，但当前成果已为甘蔗叶资源化利用提供了可靠技术支撑，对推动可持续农业具重要实践意义。