柠条茎秆锯切性能参数分析与试验研究

The Analysis and Experimental Study of Sawing Performance Parameters of Caragana korshinskii Stems

摘要

为研究柠条茎秆在锯切过程中的力学特性，并寻求最优锯切参数组合以支持后续平茬装备的优化改进，利用自制的枝条锯切试验台，通过单因素试验研究枝条直径、切割速度、喂入速度、切割倾角和锯片齿数对枝条峰值切割力、切割功率的影响。在单因素试验基础上，采用Box-Benhnken中心组合试验方法，选取切割速度、喂入速度、切割倾角、锯片齿数为试验因素，以枝条峰值切割力、切割功率为目标值进行多因素试验，并建立回归模型。试验结果表明，峰值切割力随茎秆直径的增大而增大，随着切割速度、喂入速度、切割倾角、锯片齿数的增大先增大后减小；切割功率随茎秆直径的增大而增大，随着切割速度、喂入速度、切割倾角、锯片齿数的增大先减小后增大。对回归模型进行多目标优化分析，得出最优工作参数组合为切割速度45.7 m/s、喂入速度0.32 m/s、切割倾角8.3°、齿数104，该组合下的峰值切割力为7.02 N，切割功率为181.57 W。峰值切割力与切割功率的预测值与实际值的偏差分别为1.9%、2.2%。试验结果为寻求高效、低耗的柠条平茬装备的设计提供参考。

Abstract

To investigate the mechanical characteristics of Caragana korshinskii stem sawing and determine the optimal sawing parameters for supporting the subsequent optimization and improvement of shearing equipment， a self-designed branch sawing test platform was used in this study. Single-factor experiments were conducted to examine the effects of stem diameter， cutting speed， feeding speed， cutting angle， and saw blade tooth count on the peak cutting force and cutting power of the branches. Building upon the results of the single-factor experiments， a Box-Behnken central composite experimental design was employed. Selecting cutting speed， feeding speed， cutting angle， and saw blade tooth count as experimental factors， a multi factor experiment was carried out with peak cutting force and cutting power of branches as target values， and a regression model was established. The experimental results showed that the peak cutting force increased with the increase of stem diameter， while it exhibited an initial increase followed by a decrease with the increase of cutting speed， feeding speed， cutting angle， and saw blade tooth count. Similarly， the cutting power increased with the increase of stem diameter， but initially decreased and then increased with the increase of cutting speed， feeding speed， cutting angle， and saw blade tooth count. Multi-objective optimization analysis of the regression model yielded the optimal combination of parameters： cutting speed of 45.7 m/s， feeding speed of 0.32 m/s， cutting angle of 8.3°， and tooth count of 104. Under these conditions， the peak cutting force was 7.02 N and the cutting power was 181.57 W. The deviation between the predicted value and the actual value of the peak cutting force and cutting power was 1.9% and 2.2%， respectively. The results of this experiment provide valuable reference for the design of efficient and low-energy consumption Caragana korshinskii shearing equipment.

Graphical abstract

关键词

柠条 / 茎秆 / 锯切式切割试验台 / 峰值切割力 / 切割功率 / 平茬装备

Key words

Caragana korshinskii / stem / saw-type cutting test platform / peak cutting force / cutting power / shearing equipment

0 引言

柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）属落叶灌木，主要分布于我国西部的黄土高原、河西走廊等沙土地区，具有生态适应性强、根系发达、吸水能力强、抗逆性强等优点^［1-2］。对我国的西部地区的防风固沙、水土保持和改善土壤结构等方面起到重要作用^［3］。根据其生物学特性及种植农艺要求，每隔3~5 a对其进行平茬作业1次，否则会使其生长速度减慢，甚至自然死亡^［4］。然而，柠条特殊的生长环境赋予其茎杆独特的物理力学属性，导致传统机械平茬方式易造成柠条根基部撕裂，从而影响柠条恢复和次年萌蘖。因此，开展柠条平茬装置参数优化的研究，探究影响切割功率和峰值切割力的关键因素，对提高柠条平茬收获作业质量具有重要的现实意义。

切割器是柠条平茬装备的关键部件之一，直接影响枝条的切割质量和切割效率^［5］。目前，在农林收割机中使用广泛的切割器类型主要有往复式^［6］、链锯式^［7］、圆盘锯式^［8］3种。具体分析如下：1）往复式切割器，切割效率较高，广泛应用于小麦收割机^［9］、割草机^［10］等。由于柠条生长于干旱沙漠环境中，枝条切割阻力较大，工作过程中切割器损坏现象严重，使其在沙生灌木平茬机械中应用受到很大限制；2）链锯式切割器，主要用于树木打枝^［11］、森林采伐^［12］等作业环境中。柠条根部枝叶遍布，经常使链锯式切割器发生堵塞，无法正常作业；3）圆盘锯式切割器，切割能力较强^［13］，若选择合适的锯切参数，圆盘锯在其工作时较为稳定，切割质量较高。此外，圆盘锯式切割器结构相对简单，更易实现柠条枝条平茬的自动化。

很多学者针对圆盘锯切割机理和改善锯切表面质量等方面做了大量研究。Fekiac等^［14］以厚度14 mm的胶合板为研究对象，探究进给速度、切割速度和平均切屑厚度对圆盘锯片能耗和表面温度的影响。Krilek等^［15］用2种不同齿距的圆盘锯片，分别对云杉、松树锯切试验；结果发现不规则齿距的圆盘锯比规则齿距的圆盘锯片能耗更高，随着进料速度的增加，能耗呈线性增加。Turchetta等^［16］在数控加工中心加装测力计和数据采集系统，对不同工作阶段的切割力进行测量评估。通过试验发现金刚石圆盘切割花岗岩的切削力随切削速度的增加而减小，随每转进给量的增大而增加。Li等^［17］通过改变圆盘锯参数，探究切割参数对表面粗糙度的影响。

综上所述，当前对圆盘锯的切割功耗和峰值切割力的研究主要针对木板材、石材和金属材料，而针对柠条和其他茎秆类的锯切性能研究相对较少。因此，本研究在自制锯切切割试验平台的基础上，结合木材切削原理，采用Box-Behnken中心组合试验方法，以切割速度、喂入速度、削切角和刀盘齿数为试验因素，切割功率和峰值切割力为目标函数，分析各因素对切割功率和切割效果的影响，建立多元数学回归模型优化切割参数，寻求低耗最优切割参数，为柠条平茬装备的改进与优化提供参数支持。

1 试验参数确定

1.1 评价指标

切割功率和峰值切割力是收获机结构设计动力源匹配的重要参数，对促进柠条收获装置轻量化设计和延长收获机工作时长具有重要意义^［18-19］。因此，本研究选择切割功率和峰值切割力为评价指标。为了测量的方便，在锯切试验中利用数据采集卡实时记录扭矩传感器的扭矩信号，图1为柠条茎秆在锯切过程中扭矩随时间的变化曲线。

通过对扭矩信号的处理，分别获得茎秆的峰值切割力和切割功率。公式为

F_{\mathrm{f}}=\frac{M_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}}{r}。（1）

P_{\mathrm{q}}=\frac{\omega \int M(t)\mathrm{d}t}{t}。（2）

式中：F_f为峰值切割力，N；M_max为峰值扭矩，N·M；P_q为切割功率，W；r为圆盘刀的回转半径，m；ω为切割旋转轴转动角速度，rad/s；M（t）为扭矩传感器随时间变化的函数曲线；t为切割时间变量，s。

1.2 试验因素

1.2.1 圆盘锯的运动轨迹分析

为了深入分析圆盘锯在切割中的工作状态，建立刀具的运动模型对切割参数的优化具有重要意义^［20］。当机具在工作作业时，圆盘锯的运动由刀盘自身的旋转运动和收割机前进速度复合而成，如图2所示。锯齿上任意一点的运动轨迹相对地面为余摆线形状，锯齿的运动轨迹相对地面所扫过的区域为余摆带。由于圆盘锯在正常运转作业时，其旋转平面与水平面之间存在夹角α，使得圆盘锯在水平面的投影呈椭圆形。因此，实际旋转的锯齿相对地面所扫过的区域，表现为三维空间中的余摆带图形。

以圆盘锯的水平投影中心为原点O，水平方向投影的长轴为x轴，机具作业的前进方向为y轴，水平面的法线为z轴建立笛卡尔坐标系。则锯齿的根部A点和刀尖B点的轨迹运动方程分别为

\left\{\begin{array}{c}{x}_A=r\cdot \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}(\omega t)\\ y_A=v_{\mathrm{f}}\cdot t+r\cdot \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\alpha \cdot \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}(\omega t)\\ z_A=-r\cdot \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\alpha \cdot \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}(\omega t)\end{array}\right.。（3）

\left\{\begin{array}{c}{x}_B=R\cdot \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}(\omega t+\delta )\\ y_B=v_{\mathrm{f}}\cdot t+R\cdot \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\alpha \cdot \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}(\omega t+\delta )\\ z_B=-R\cdot \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\alpha \cdot \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}(\omega t+\delta )\end{array}\right.。（4）

式中：r为圆盘锯锯齿的内径，mm；R为圆盘锯锯齿的外径，mm；ω为圆盘锯的旋转角速度，rad/s；t为圆盘锯的作业时间，s；δ为锯齿的根部A点和刀尖B点与圆盘锯圆心连线夹角，°；v_f为切割器的前进作业速度，m/s；α为圆盘锯旋转平面与水平面之间所成的夹角，°。

1.2.2 切割速度与机具前进速度的关系

锯齿的切割进距是指当圆盘刀转过相邻两齿的角度时机具前进的距离。切割进距与机具的前进速度、刀盘的旋转角速度之间的相互关系为

S_{\mathrm{h}}=\frac{S_{\mathrm{n}}}{Z}=\frac{\mathrm{60}\cdot v_{\mathrm{f}}}{n_{\mathrm{c}}\cdot Z}。（5）

式中：S_h为圆盘锯的切割进距，mm；S_n为锯片旋转一周时机具的前进的位移，mm；Z为锯齿数量；n_c为圆盘锯的转速，r/min。

为了避免出现漏割，确保刀具的切割质量，要求圆盘锯每转过相邻两割刀的角度时机具前进的距离S_h应小于齿高S，即

S_{\mathrm{h}}\le S\cdot \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\alpha。（6）

可得机具前进速度应满足

v_{\mathrm{f}}\le \frac{S\cdot \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\alpha \cdot n_{\mathrm{c}}\cdot Z}{\mathrm{60}}。（7）

1.2.3 圆盘锯切割受力分析

为计算方便，对圆盘锯作业情况进行简化，其圆盘锯片锯切受力如图3所示，其中v_f为收割机作业速度。径向力F_n主要由茎秆对圆盘锯的冲击产生；切向力F_t主要由茎秆对圆盘锯摩擦产生；轴向力F_a主要由茎秆与圆盘锯的相互挤压造成，其方向为沿着圆盘锯旋转轴的方向；α为圆盘锯的倾角。

其中F_z 、F_xl分别为

\left\{\begin{array}{c}{F}_z=F_{\mathrm{a}}\cdot \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\alpha \\ F_{x\mathrm{l}}=F_{\mathrm{a}}\cdot \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\alpha \end{array}\right.。（8）

切割茎秆时，圆盘刀所受合力F_c为

F_{\mathrm{c}}=\sqrt[]{F_{\mathrm{n}}^{\mathrm{2}}+F_{\mathrm{t}}^{\mathrm{2}}+F_{\mathrm{a}}^{\mathrm{2}}}。（9）

为简化圆盘锯作业情况并便于研究，本试验根据相对运动原理，采用茎秆喂入装置向圆盘锯移动，从而完成茎秆的切割。在此过程中，圆盘锯相对于茎秆的移动速度v_{\mathrm{f}}^{\text{'}}和圆盘锯的前进速度v_f大小相等方向相反。即

v_{\mathrm{f}}^{\text{'}}=-v_{\mathrm{f}}。（10）

式中：v_{\mathrm{f}}^{\text{'}}为圆盘锯相对于茎秆的移动速度，m/s；v_f为圆盘锯的作业前进速度，m/s。

综上所述，根据式（3）—式（10）可知，在圆盘锯几何参数一定的情况下，锯切速度和进给速度影响刀具的运动规律；而圆盘锯的倾角对切割功率的影响较为显著。65Mn材料经过热处理工艺后具有良好的淬透性和较好的韧性，通常被用于圆盘锯的制作^［21］。因此，在本研究中选择相同直径（d=355 mm）不同齿数的锰钢锯片作为切割刀具；通过角度调节夹具调整茎秆相对锯片的切割倾角，其结构尺寸如图4所示。基于此，选取茎秆直径D、切割速度v、移动速度v_f、圆盘锯倾角α、齿数T做为试验因素，以切割功率、峰值切割力为评价指标，利用自行研发的锯切试验台开展试验研究。

2 试验材料与设备

2.1 试验材料

采样地点为宁夏回族自治区盐池县柠条种植基地（38°2′N，107°22′E），树龄5 a，收获时间为2022年8月。试样直径为10~13 mm，长度为200 mm，茎秆尽可能通直，无病虫害，无分枝，并保证所有试验在试样采后24 h内完成。新鲜柠条茎秆的实测含水率为23.1%~30.2%。

2.2 试验设备

自主研发的锯切试验台总体结构如图5所示，主要由切割部件、喂入装置、数据采集系统3部分组成。为提高传动效率避免能量损失，同时考虑到圆盘锯切割时的切割阻力，采用电机通过梅花联轴器连接扭矩传感器（安徽蚌埠传感器系统工程有限公司，额定转速6 000 r/min，量程0~500 N∙m，综合精度为±0.3%）带动转轴的方式。为了避免电机振动对试验产生影响，将切割部件进行倒置并固定在机架上，由交流电机提供动力，且通过变频器控制圆盘锯片的旋转速度。进给装置固定于切割部件的上方，实现对茎秆的喂入。角度调节结构与固定座通过螺栓固定连接，通过角度调节装置控制茎秆相对圆盘锯的斜切角。伺服电机与滚珠丝杠机构通过联轴器连接，通过伺服电机控制茎秆的进给速度。直流稳压电源与变送器串联，变送器输出端与MCC-1608FS-PLUS采集卡（采样频率250 ks/s，采集精度12 bit）连接。考虑到试验的安全性和研究的方便，利用茎秆喂入装置移向圆盘锯完成切割。回转锯切式切割试验台技术参数见表1。

3 试验设计

3.1 单因素试验设计

柠条在其平茬周期内，多数茎秆直径一般不会超过14 mm，为了更完整地研究茎秆直径与切割功率的关系，故在单因素试验中直径D取6~20 mm，在进行其他组时，茎秆直径取10~12 mm。当切割速度较大时，存在喂入困难且存在试验操作风险，故在切割速度单因素试验中，切割速度取20~50 m/s，进行其他组单因素实验时，切割速度取40 m/s。喂入速度参照牧草收割机的作业速度，选取0.15~0.55 m/s，在进行其他组试验时，喂入速度取0.35 m/s。参照其他学者的研究^{［5，22-23］}，在切割倾角单因素试验中，将切割倾角设定为0~20°，在进行其他组试验时，切割倾角选10°。参照柠条农艺要求^［24］，通常要求留茬高度距地面不超过10 cm，以利于茎秆的萌发；由于柠条生长环境沙石遍布，切割高度过低，加速使刀具磨损，一般将切割高度设置为8 cm。单因素试验因素和水平见表2，每次试验重复5次。

3.2 多因素试验设计

在单因素的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，以切割速度、喂入速度、切割倾角、齿数为因素 设计4因素3水平多因素试验，见表3，每次试验重复5次。柠条茎秆直径10~12 mm，茎秆含水率为22.7%~29.2%。

4 结果与分析

4.1 单因素试验结果

1）　茎秆直径。由图6（a）可知，随着茎秆直径的增大，被切割纤维素量增多，导致峰值切割力和切割功率明显增大^［25］。

2）　切割速度。由图6（b）可知，随切割速度的增大，峰值切割力呈现逐渐减小的变化趋势；切割功率呈现先减少后增大的趋势；在齿数和喂入速度相同的情况下，圆盘锯每齿的喂入量与锯切速度成反比。当切割速度小于35 m/s时，切割功率会明显增加，因为在相同的喂入速度下，较低的切割速度会使单个锯齿的锯切量增加，锯片与茎秆间的摩擦阻力增大，使切割功耗和峰值切割力明显增加。当切割速度大于45 m/s时，受工作件安装误差影响，锯片的轴向振动与噪声加剧，使得切割功率明显增大。

3）　喂入速度。由图6（c）可知，随着喂入速度的增加，峰值切割力和切割功率呈现先减小后增大的趋势。当喂入速度小于0.25 m/s时，茎秆存在被重复锯切现象，锯片与截面之间的摩擦力增加，使得峰值切割力和切割功率显著增加。当喂入速度大于0.45 m/s时，茎秆的喂入速度大于锯齿切割进距，被切割完的茎秆出现明显的撕裂现象。

4）　切割倾角。由图6（d）可知，在试验过程中发现：当其他工作条件相同时，随着切割倾角增大，峰值切割力和切割功耗显著增加，可能是圆盘锯的更多非工作区域与柠条茎秆接触，增大了摩擦阻力与径向受力，造成振动甚至变形。随着切割倾角的逐渐减小，锯切力会有所降低。但当切割倾角过小时，由于割台自身结构的影响，造成柠条茎秆喂入困难。因此，为了保证枝条切割截面质量，切割装备的圆盘锯安装倾角应选择合理的圆盘锯切割倾角。

5）　齿数。由图6（e）可知，在相同参数条件下，齿数越少，锯片每齿切削量越大，从而使切割功耗和峰值切割力增大。当齿数过多时，齿间的间隙越小，锯切木屑易在齿间间隙堆积，锯齿与沙柳表面摩擦力增大，从而导致切割功耗和峰值切割力增大。

4.2 多因素试验结果与分析

4.2.1 回归模型建立与显著性检验

依据Box-Behnken试验原理设计4因素3水平分析试验，共27个试验点，试验结果见表4。根据试验数据，利用Design-Expert 8.0.6软件进行多元回归拟合分析，建立峰值切割力、切割功率与切割速度、喂入速度、切割倾角和锯片齿数的二次多项式响应面模型，得到回归方程并进行方差分析，结果见表5。

由表5分析可知，峰值切割力、切割功率的响应面P均小于0.000 1，说明所建立的回归模型极为显著。各失拟项P均大于0.05（分别为0.318 3、0.343 5），说明所建立的回归方程误差较小且拟合效果较优。决定系数R²分别89.8%、97.4%，拟合精度较高，表明该模型在试验取值范围内可分析各试验因素的影响程度与预测最优值。

通过比较方差P可判断回归模型中各因素显著程度。峰值切割力响应面模型中的v_f、α、v_f²、α²对模型影响极为显著（P<0.01）；v_f∙α对该模型影响显著（0.01≤P<0.05）。切割功率响应面模型中的v_f、v∙v_f、v²、v_f²、α²、T²对模型影响极为显著（P<0.01）；v、α对该模型影响显著（0.01≤P<0.05）。其余项对回归模型影响均不显著（P>0.05）。

去除上述模型中对回归模型影响不显著项，得出简化后的模型为

F_{\mathrm{f}}=-\mathrm{0.38}v+\mathrm{1.5}{v}_{\mathrm{f}}+\mathrm{0.77}\alpha -\mathrm{0.02}T-\mathrm{0.8}{v}_{\mathrm{f}}\cdot \alpha +\mathrm{0.86}{v}_{\mathrm{f}}+\mathrm{0.79}{\alpha }^{\mathrm{2}}+\mathrm{7.68}。（11）

P_{\mathrm{q}}=\mathrm{5.93}v+\mathrm{11.4}{v}_t+\mathrm{7.74}\alpha -\mathrm{4.09}T+\mathrm{15.03}v\cdot v_{\mathrm{f}}+\mathrm{63.77}{v}^{\mathrm{2}}+\mathrm{63.10}{v}_{\mathrm{f}}^{\mathrm{2}}+\mathrm{22.91}{\alpha }^{\mathrm{2}}+\mathrm{21.19}{T}^{\mathrm{2}}+\mathrm{177.76}。（12）

4.2.2 交互项对茎秆切割性能的影响

由图7可知，喂入速度和齿数的交互项对峰值切割力的影响较为显著；喂入速度和切割速度交互项对切割功率的影响较为显著，喂入速度是影响目标值的最主要因素。随着喂入速度逐渐增加，峰值切割力呈现出逐渐增大的变化趋势；而切割功率呈现先减小后增大的趋势。主要由于在茎秆直径一定的情况下，喂入速度越大，单位时间内对茎秆的冲击力越大，使得峰值切割力和切割功率增大。其变化规律与单因素的试验结论一致。

4.2.3 参数优化及试验验证

1） 参数优化

为了获得柠条锯切参数的最优性能参数组合，以峰值切割力、切割功率的最小值为优化目标，根据实际工作情况以及分析结果得其优化求解约束的条件为

\left\{\begin{array}{l}\mathrm{40}\mathrm{m}/\mathrm{s}\le v\le \mathrm{50}\mathrm{m}/\mathrm{s}\\ \mathrm{0.25}\mathrm{m}/\mathrm{s}\le v_{\mathrm{f}}\le \mathrm{0.45}\mathrm{m}/\mathrm{s}\\ \mathrm{5}°\le \alpha \le \mathrm{15}°\\ \mathrm{80}\le T\le \mathrm{120}\\ \mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}{F}_{\mathrm{f}}(v,v_{\mathrm{f}},\alpha ,T)\\ \mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}{P}_{\mathrm{q}}(v,v_{\mathrm{f}},\alpha ,T)\end{array}\right.（13）

通过优化求解得：切割速度为45.7 m/s、喂入速度为0.32 m/s、切割倾角为8.3°、齿数为104时，峰值切割力为7.02 N，切割功率为181.57 W。

2） 试验验证

为验证模型预测的准确性，在切割速度为45 m/s、喂入速度为0.3 m/s、切割倾角为8°、齿数为100的优选参数组合下，进行5次重复试验。结果见表6。

根据响应面试验优化分析得到的最优参数，在锯切试验台实际测量的峰值切割力平均值为6.88 N，切割功率的平均值为178.24 W，与预测值的误差值分别为1.9%、2.2%，验证模型可靠。

4 结论

为研究柠条枝条在圆盘锯切削方式下的动态力学切割性能，丰富柠条茎秆的切割理论，并为柠条平茬收获机的多样化设计提供理论依据，本研究基于自制的枝条锯切试验台，系统地探讨了枝条直径、锯切速度、喂入速度、切割倾角和锯片齿数对枝条峰值切割力和切割功率的影响。主要结论如下。

1）通过自制设计的枝条锯切试验台，以柠条的切割功率和峰值切割力作为研究目标，采用单因素试验方法，探究了枝条直径、切割速度、喂入速度、切割倾角、锯片齿数对切割功率和峰值切割力的影响。研究结果表明，峰值切割力随着枝条直径的增大而增加，而切割速度、喂入速度、切割倾角和锯片齿数的增加，峰值切割力呈现先增大后减小的趋势；切割功率随枝条直径的增大而增大，但随着切割速度、喂入速度、切割倾角和锯片齿数的增大，切割功率则表现为先减小后增大的趋势。

2）在单因素试验的基础上，进一步采用Box-Behnken中心组合试验方法，分析了切割速度、喂入速度、切割倾角、锯片齿数及其交互作用对枝条峰值切割力和切割功率的影响，并建立了优化模型。试验结果表明，在锯切直径为10~12 mm的柠条枝条条件下，最优参数组合为：切割速度45.7 m/s，喂入速度0.32 m/s，切割倾角8.3°，锯片齿数104，此时的峰值切割力为7.02 N，切割功率为181.57 W，预测值与实际值的偏差分别为1.9%和2.2%。

3）自制的锯切试验台的试验参数比有限元模拟分析更贴近于实际作业环境，估测的切割功耗及优选参数组合更符合实际情况，能够为后续高效平茬装备的研发提供数据支撑。

参考文献

[1] CHE C， ZHANG M， YANG W，et al.Dissimilarity in radial growth and response to drought of Korshinsk peashrub （Caragana korshinskii Kom.） under different management practices in the western Loess Plateau［J］.Frontiers in Plant Science，2024，15：11.

[2] SHEN J， WANG X， WANG L，et al.Spatiotemporal characteristics of seed rain and soil seed bank of artificial Caragana korshinskii Kom.forest in the Tengger Desert，China［J］.Journal of Arid Land，2024，16（4）：550-566.

[3] LI W， ZHANG S， ZHANG T，et al.Bacterial cellulose production from ethylenediamine pretreated Caragana korshinskii Kom［J］.Industrial Crops and Products，2021，164：113340.

[4] 徐海洋，王靖.柠条平茬收获机械现状及发展趋势［J］.农机科技推广，2024（2）：28-30.

[5] XU H Y， WANG J.The current status and development trends of mechanized harvesting of Caragana species［J］.Agriculture Machinery Technology Extension，2024（2）：28-30.

[6] 吴昆，宋月鹏.农作物茎秆切割理论与方法研究进展分析［J］.农业机械学报，2022，53（6）：1-20.

[7] WU K， SONG Y P.Research progress analysis of crop stalk cutting theory and method［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2022，53（6）：1-20.

[8] 康峰，仝思源，张汉石，等.苹果枝条往复式切割剪枝参数分析与试验［J］.农业工程学报，2020，36（16）：9-16.

[9] KANG F， TONG S Y， ZHANG H S，et al.Analysis and experiments of reciprocating cutting parameters for apple tree branches［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2020，36（16）：9-16.

[10] 刘九庆，张天翼，金攀，等.基于Design-Expert的电链锯锯齿结构参数优化［J］.森林工程，2024，40（2）：142-150.

[11] LIU J Q， ZHANG T Y， JIN P，et al.Optimization of sawtooth structure parameters for electric chain saws based on Design-Expert［J］.Forest Engineering，2024，40（2）：142-150.

[12] 束钰，耿晓阳，宋月鹏，等.带夹持机构的锯切式苹果剪枝机设计［J］.中国农机化学报，2018，39（8）：9-16.

[13] SHU Y， GENG X Y， SONG Y P，et al.Design of saw-cutting apple pruning machine with clamping，mechanism［J］.Journal of Chinese Agricultural Mechanization，2018，39（8）：9-16.

[14] 侯加林，蒋韬，吴彦强，等.小麦秸秆往复式切割试验台设计与应用［J］.农业机械学报，2014，45（S1）：101-106.

[15] HOU J L， JIANG T， WU Y Q，et al.Design and experiment of wheat straw cutting reciprocating test bench［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2014，45（S1）：101-106.

[16] 杨天，赵武云，辛尚龙，等.铰接转向果园割草机的设计与试验［J］.中国农业大学学报，2022，27（5）：61-72.

[17] YANG T， ZHAO W Y， XIN S L，et al.Design and test of articulated steering orchard mower［J］.Journal of China Agricultural University，2022，27（5）：61-72.

[18] 李鹏鹏，刘晋浩.应用遗传算法对伐木头打枝刀形状的优化设计［J］.东北林业大学学报，2019，47（8）：93-96.

[19] LI P P， LIU J H.Shape optimization design of harvest head knife based on genetic algorithm［J］.Journal of Northeast Forestry University，2019，47（8）：93-96.

[20] 周冉，沈嵘枫，陈鑫，等.基于AMESim的采伐机液压行走系统设计与仿真［J］.森林工程，2022，38（2）：87-94.

[21] ZHOU R， SHEN R F， CHEN X，et al.Design and simulation of the hydraulic walking system of the harvester based on AMESim［J］.Forest Engineering，2022，38（2）：87-94.

[22] 薄仕文，李耀翔，王海滨.圆锯式灌木切割试验装置设计与试验［J］.农机化研究，2023，45（5）：165-172.

[23] BO S W， LI Y X， WANG H B.Design and experiment of shrub cutting experimental device with circular saws［J］.Journal of Agricultural Mechanization Research，2023，45（5）：165-172.

[24] FEKIAČ J， SVOREN J， GÁBORÍK J，et al.Reducing the energy consumption of circular saws in the cutting process of plywood［J］.Coatings，2022，12（1）：55.

[25] KRILEK J， ŤAVODOVÁ M， KOVÁČ J，et al.Impact of irregular tooth pitch of circular saw blades on power for wood cross-cutting［J］.Drvna Industrija，2020，71（1）：3-11.

[26] TURCHETTA S， SORRENTINO L.Forces and wear in high-speed machining of granite by circular sawing［J］.Diamond and Related Materials，2019，100：8.

[27] LI W， ZHANG Z， PENG X，et al.The influences of circular saws with sawteeth of mic-zero-degree radial clearance angles on surface roughness in wood rip sawing［J］.Annals of Forest Science，2017，74（2）：9.

[28] XIE L， WANG J， CHENG S，et al.Optimisation and dynamic simulation of a conveying and top breaking system for whole-stalk sugarcane harvesters［J］.Biosystems Engineering，2020，197：156-169.

[29] VU V D， NGO Q H， NGUYEN T T，et al.Multi-objective optimisation of cutting force and cutting power in chopping agricultural residues［J］.Biosystems Engineering，2020，191：107-115.

[30] YU M， WANG B， JI P，et al.Study on the dynamic stability of circular saw blade during medium density fiberboard sawing process with thermo-mechanical coupling［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2023，211：11.

[31] NDUMIA J N， KANG M， BELLO Z A，et al.Microstructure and wear mechanism of FeCrMoCBWNb coating deposited by arc-spraying and its application on 65Mn steel blades［J］.Surface and Coatings Technology，2024，492：16.

[32] 杨玲，张原，何志远，等.旋转剪切式青花椒采摘装置设计与试验［J］.农业工程学报，2024，40（3）：72-83.

[33] YANG L， ZHANG Y， HE Z Y，et al.Design and experiment of the rotating shear picking device for green Sichuan peppers［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2024，40（3）：72-83.

[34] 张蕾，仝思源，康峰，等.葡萄枝条切割刀具参数分析与试验［J］.森林工程，2022，38（2）：95-104.

[35] ZHANG L， TONG S Q， KANG F，et al.Analysis and experiments of cutting blade parameters for grape branches［J］.Forest Engineering，2022，38（2）：95-104.

[36] GAO Y， WANG Y， KANG F，et al.Multi-objective optimization of cross-section integrity rate and sawing power consumption in sawing Caragana korshinskii Kom.branches［J］.Industrial Crops and Products，2023，193：14.

[37] 刘嘉明，赵健，张建忠，等.油用牡丹茎秆切割本构方程及其参数测定［J］.北京林业大学学报，2020，42（11）：138-144.

[38] LIU J M， ZHAO J， ZHANG J Z，et al.Cutting constitutive equation and its parameter measurement of oil tree peony stem［J］.Journal of Beijing Forestry University，2020，42（11）：138-144.

基金资助

国家自然科学基金项目(32401724)

宁夏回族自治区重点研发计划项目(2019BBF02009)