丁啟朔 呂緒敏 孫克潤(rùn) 李毅念 何瑞銀 汪小旵

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，南京 210031； 2.江蘇省智能化農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210031；3.銀華春翔有限公司，連云港 222000)

0 引言

稻作農(nóng)藝的演變推動(dòng)了耕作機(jī)械設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，南方稻作保護(hù)性耕作體現(xiàn)在以旋代耕、以旋代耙等技術(shù)模式的普遍應(yīng)用。農(nóng)機(jī)-農(nóng)藝融合也促成了旋耕觸土部件種類(lèi)多樣、形態(tài)各異的市場(chǎng)狀況。但觸土部件設(shè)計(jì)理論并未受到足夠關(guān)注，各類(lèi)觸土部件(如旋耕滅茬刀、攪漿刀、深耕刀、起壟刀、開(kāi)墾刀等)的專(zhuān)用設(shè)計(jì)理論尚不完善。

經(jīng)典的旋耕機(jī)械設(shè)計(jì)理論演變復(fù)雜，從初期強(qiáng)調(diào)觸土部件(旋耕刀)的入土和脫草性[1]發(fā)展到刀輥排列[2]等整機(jī)優(yōu)化理論，直到目前對(duì)農(nóng)機(jī)-農(nóng)藝融合的重視，開(kāi)始強(qiáng)調(diào)旱/水田埋草或水旱兼顧的旋耕機(jī)設(shè)計(jì)[3]和兼顧深松(犁旋一體、旋耕深松機(jī))[4]、強(qiáng)調(diào)復(fù)式作業(yè)(旋耕耕整播種一體機(jī)、旋耕開(kāi)溝播種機(jī)、免耕播種蓋籽機(jī)、苗帶清秸旋耕播種機(jī)、空間立體勻播機(jī))[5-7]以及條帶保護(hù)性耕作的旋耕及播種機(jī)具[8]，涉及到生產(chǎn)領(lǐng)域的諸多方面。

農(nóng)藝對(duì)秸稈還田的要求進(jìn)一步強(qiáng)化了滅茬和埋草性能的機(jī)械設(shè)計(jì)理論，旱地滅茬[9]、水田滅茬、留茬碎草、免耕碎草[10]、深旋埋草[11]、滅茬起漿等研究成果充分體現(xiàn)了近年來(lái)我國(guó)耕作研究的理論發(fā)展及農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合深度。盡管如此，在刀具的設(shè)計(jì)理論層面依然缺乏對(duì)不同類(lèi)別刀具的功能特征描述和關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的定義。

現(xiàn)有的旋耕刀設(shè)計(jì)理論嚴(yán)格界定了其功能屬性和結(jié)構(gòu)特征，功能屬性體現(xiàn)為出入土性和脫草性，結(jié)構(gòu)特征涉及側(cè)切刃和正切刃的專(zhuān)用設(shè)計(jì)和組合[12]。相比旋耕刀，攪漿刀、滅茬刀等觸土部件是近年來(lái)農(nóng)藝創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)行為的產(chǎn)物，尚未見(jiàn)其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)理論研究。鑒于目前涉及許多的水田耕作研究方向，如水田攪漿平地、深旋埋草、條帶淺旋播種等[13]，因此有必要對(duì)各類(lèi)型專(zhuān)用旋耕類(lèi)觸土部件進(jìn)行功能界定和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

目前，市場(chǎng)上的旋耕刀具種類(lèi)多樣，如旋耕刀、滅茬刀、攪漿刀、開(kāi)墾刀、起壟刀等，型號(hào)繁雜，因此可以按照生產(chǎn)中的典型機(jī)械化農(nóng)藝(農(nóng)事)環(huán)節(jié)對(duì)觸土部件進(jìn)行分類(lèi)。本文對(duì)攪漿和攪漿刀的基本界定如下：水田攪漿(又稱(chēng)打漿、起漿、刮漿)是機(jī)插秧之前的帶水耕耙關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)，為水稻機(jī)插秧提供表面平整、埋茬完全、土壤軟爛的苗床，這一農(nóng)藝環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)觸土部件的攪漿性能，攪漿刀的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)能體現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的攪漿功能和專(zhuān)有特征。

逆向工程技術(shù)是快速實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品獲取關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的現(xiàn)代方法[14-15]，逆向工程已用來(lái)顯著提高旱地耕作機(jī)械觸土部件作業(yè)性能[16-17]。充分發(fā)展的攪漿機(jī)產(chǎn)業(yè)為利用逆向工程技術(shù)研究攪漿刀設(shè)計(jì)理論提供了良好的條件。同時(shí)，針對(duì)攪漿刀的逆向工程設(shè)計(jì)理論研究也能夠推動(dòng)其他各類(lèi)觸土部件的深入研究，有助于厘清目前旱地/水田旋耕機(jī)產(chǎn)品門(mén)類(lèi)繁雜、機(jī)具應(yīng)用方式混亂的現(xiàn)象。本文基于逆向工程技術(shù)，在界定攪漿刀專(zhuān)用作業(yè)性能的基礎(chǔ)上，研究攪漿刀的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，同時(shí)結(jié)合田間試驗(yàn)對(duì)比攪漿刀和旋耕刀在帶水環(huán)境中的作業(yè)性能。

1 理論分析

1.1 基于逆向工程的攪漿刀結(jié)構(gòu)重建

試驗(yàn)用攪漿刀選擇連云港蘇連機(jī)械有限公司的產(chǎn)品，該型攪漿刀專(zhuān)為水田攪漿機(jī)研發(fā)配套，起漿性能優(yōu)良。

逆向工程方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[16-18]，所用關(guān)鍵儀器和軟件分別為三坐標(biāo)掃描儀和SolidWorks 軟件(2017版)，通過(guò)實(shí)體掃描并導(dǎo)入軟件進(jìn)行造型，獲得虛擬重構(gòu)的水田攪漿刀，保障模型與實(shí)體幾何尺寸的一致性，其刀輥回轉(zhuǎn)半徑R為195 mm，側(cè)切刃起始半徑R0為102 mm，工作幅寬b為35～40 mm，正切面端面刀高h(yuǎn)為36 mm，側(cè)切刃包角θmax為28.38°。

1.2 刃口輪廓線滑切角分析

圖1所示攪漿刀的外形結(jié)構(gòu)、尺寸與旋耕刀差異顯著，攪漿刀側(cè)切刃所在刀面(簡(jiǎn)稱(chēng)側(cè)切刃刀面)是一個(gè)空間彎折面，而旋耕刀側(cè)切刃段是平直刀面。因此攪漿刀的側(cè)切刃是一條空間彎曲的3D曲線，這些特征體現(xiàn)出攪漿刀的特殊結(jié)構(gòu)特征。

為簡(jiǎn)化分析和對(duì)比，首先借用旋耕刀的側(cè)切刃滑切角分析法[12,19-20]，采用ANSYS-DYNALIA聯(lián)合仿真結(jié)合AUTOCAD(2017)軟件計(jì)算出攪漿刀在不同旋耕速比λ下水平投影的側(cè)切刃靜態(tài)滑切角τ0和動(dòng)態(tài)滑切角τk，將攪漿刀與旋耕刀(R245旋耕刀NJ103-75)做對(duì)比(圖2)顯示，攪漿刀的靜、動(dòng)態(tài)滑切角變化特征與旋耕刀差異顯著，攪漿刀的靜態(tài)滑切角變化范圍是36°～50°，R245旋耕刀的靜態(tài)滑切角在34°～49°之間[21]，但二者靜態(tài)滑切角變化范圍較為接近(圖2a)。攪漿刀與旋耕刀的動(dòng)態(tài)滑切角差異顯著。作業(yè)環(huán)境的特殊性決定了攪漿刀側(cè)切刃總極徑小于旋耕刀，而且在泥漿作業(yè)條件下纏草裹泥矛盾比旱旋更加突出，因此攪漿刀不僅需要小極徑而且還要更大的動(dòng)態(tài)滑切角(圖2b)。另外，攪漿刀的動(dòng)態(tài)滑切角的變化程度也相對(duì)平穩(wěn)。所有這些特征都表明攪漿刀在帶草起漿條件下具備理論上更優(yōu)的防纏草性能。

上述利用旋耕刀設(shè)計(jì)理論進(jìn)行的攪漿刀作業(yè)性能分析僅局限于滑切、防纏草等方面，尚不能利用旋耕刀的滑切角設(shè)計(jì)理論解釋攪漿刀的攪漿性能，因此，必須為攪漿刀設(shè)計(jì)提出專(zhuān)用的設(shè)計(jì)參數(shù)。

1.3 刃口楔面觸土效應(yīng)與參數(shù)化

攪漿刀模型的典型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其側(cè)切刃刀面是一個(gè)空間曲面。鑒于旋耕刀側(cè)切刃刀面功能僅為側(cè)切刃切入土壤，旋耕刀的設(shè)計(jì)理論并不討論側(cè)切刃刀面的設(shè)計(jì)參數(shù)。但攪漿刀的側(cè)切刃刀面的翹曲狀結(jié)構(gòu)必然導(dǎo)致一個(gè)楔面入土的效應(yīng)，即在攪漿刀的側(cè)切刃入土過(guò)程中，側(cè)切刃刀面沿刃口入土的方向形成楔面推擠土壤的效果，因此側(cè)切刃刀面的楔面參數(shù)必然影響到攪漿刀的攪漿性能。

1.3.1側(cè)切刃刃口靜態(tài)楔角

攪漿刀側(cè)切刃刃口靜態(tài)楔角定義為攪漿刀側(cè)切刃刀面傾斜入土的角度，即刀具刃口上各點(diǎn)的回轉(zhuǎn)圓平面與該點(diǎn)處局部側(cè)切面的切平面間的夾角。逆向工程技術(shù)的方法是沿?cái)嚌{刀刃口不同位置將刀身分割成為一組微小刀具，每一微小刀具都呈現(xiàn)出直立或傾斜的角度入土，故可以采用微分法，分別計(jì)算出每一微小刀具傾斜入土的角度。

利用SolidWorks軟件分析過(guò)程如圖3所示，在簡(jiǎn)化處理并略去刃口微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜性后，選刃口根部(即側(cè)切刃刀面前緣)一點(diǎn)作為起點(diǎn)P0。按照刀具安裝位置明確回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)O，將刀柄安裝孔回轉(zhuǎn)中心軸Lz與上下兩面中心軸平移至點(diǎn)O得到Lc與Lp。以直線Lp與起點(diǎn)P0作一基準(zhǔn)面S0，該基準(zhǔn)面S0即為側(cè)切刃起點(diǎn)處的回轉(zhuǎn)圓所在平面。在側(cè)切刃起點(diǎn)P0處作一條空間直線D0，使其垂直于側(cè)切面。然后通過(guò)空間直線D0與點(diǎn)P0作一基準(zhǔn)面SP0，基準(zhǔn)面SP0為點(diǎn)P0相對(duì)于側(cè)切面外表面的切面。然后以SP0、S0為基準(zhǔn)建立基準(zhǔn)軸Lz0，分別于基準(zhǔn)面SP0、S0上新建視圖，分別畫(huà)直線lp1、l1，使其與軸Lz0垂直。直線lp1、l1的夾角即為刀具刃口靜態(tài)楔角(圖3)。

側(cè)切刃起點(diǎn)P0可于刀柄與彎曲段尋找，但其余各點(diǎn)的尋找主要是通過(guò)構(gòu)建橫切面獲取，以回轉(zhuǎn)中心線Lc與側(cè)切刃起點(diǎn)P0做一基準(zhǔn)面SC0，稱(chēng)其為橫切面。然后以基準(zhǔn)面SC0為基準(zhǔn)繪制一新基準(zhǔn)面SC1，且經(jīng)過(guò)線中心線Lc，向右側(cè)偏轉(zhuǎn)2.5°。然后同時(shí)選中基準(zhǔn)面SC1與刃口所在曲面，依次進(jìn)行工具-草圖曲線-交叉曲線操作，可得到兩個(gè)面的一條相交空間曲線D1。則D1與側(cè)切刃外側(cè)面相交的點(diǎn)為第2個(gè)點(diǎn)P1，于點(diǎn)P1處作空間直線D′1垂直于側(cè)切面。然后按照點(diǎn)P0所示方法求得靜態(tài)楔角(圖4)。

αcn=2.5n

(1)

式中αcn——偏移角，Pn處的橫切面SCn與初始橫切面SC0的夾角，(°)

n——系數(shù)，取0、1、2…

1.3.2側(cè)切刃刃口動(dòng)態(tài)楔角

靜態(tài)楔角是在刀具的靜止?fàn)顟B(tài)計(jì)算得到。但是在實(shí)際工作中，前進(jìn)速度是一個(gè)重要的影響參數(shù)。因此需要考慮攪漿刀在前進(jìn)狀態(tài)下的刃口楔角，稱(chēng)其為動(dòng)態(tài)楔角。動(dòng)態(tài)楔角可更好地反映在實(shí)際作業(yè)中攪漿刀側(cè)切刃不同位置相對(duì)入土角度的變化及其對(duì)攪漿擾動(dòng)質(zhì)量的實(shí)際影響。

利用SolidWorks軟件分析其動(dòng)態(tài)楔角，具體為：在基準(zhǔn)面S0上以點(diǎn)O為圓心，以O(shè)P0為直徑作回轉(zhuǎn)圓R0，后將回轉(zhuǎn)圓進(jìn)行上下兩側(cè)拉伸，薄壁厚度設(shè)置為10 mm，薄壁方向指定為朝向回轉(zhuǎn)中心的方向。然后選中薄壁外圓柱面SR0與面SP0，依次選擇工具-草圖-交叉曲線操作，可得到空間曲線3D-1，此線即為面SR0與面SP0的交線。然后在點(diǎn)P0處作空間直線3D-2，使其與空間曲線3D-1在點(diǎn)P0處相切。然后求得空間直線3D-2與回轉(zhuǎn)圓在點(diǎn)P0處切線的夾角，即為點(diǎn)P0處的動(dòng)態(tài)楔角(圖5)。

1.4 靜/動(dòng)態(tài)楔角分析

上述攪漿刀楔角分析和刀具幾何的參數(shù)化充分反映出攪漿刀與旋耕刀的本質(zhì)區(qū)別。旋耕刀側(cè)切刀面是平直刀面，因此，采用楔角理論分析，其靜/動(dòng)態(tài)楔角都為0°。相反，攪漿刀的側(cè)切刃刀面在不同位置表現(xiàn)出不同的靜態(tài)楔角和動(dòng)態(tài)楔角(圖6a)。

1.4.1側(cè)切刃與過(guò)渡刃參數(shù)分析

圖6b顯示隨著偏移角的增加，攪漿刀靜態(tài)楔角與動(dòng)態(tài)楔角均呈現(xiàn)出先增、后減再增加的趨勢(shì)。在偏移角為10°時(shí)，攪漿刀側(cè)切刃刃口的回轉(zhuǎn)圓與其切平面基本重合，在該處側(cè)切刃刀面曲面近似于一平面，側(cè)切刃楔角均在20°以下。對(duì)比攪漿刀側(cè)切刃靜/動(dòng)態(tài)楔角可知，動(dòng)態(tài)楔角總體上小于靜態(tài)楔角，二者差值在3°～10°之間。

旋耕刀側(cè)切刃各點(diǎn)的楔角為零，僅在過(guò)渡刃處開(kāi)始顯現(xiàn)并逐步增大。攪漿刀與旋耕刀在側(cè)切刃與正切刃過(guò)渡段(圖6a)逐步接近。說(shuō)明攪漿刀設(shè)計(jì)關(guān)鍵體現(xiàn)在其側(cè)切刃刀面強(qiáng)化的攪漿功能，因此應(yīng)強(qiáng)化攪漿刀側(cè)切刃刀面的合理楔角設(shè)計(jì)，以加強(qiáng)側(cè)切刃刀面的楔面入土橫向攪漿效果。

1.4.2正切刃設(shè)計(jì)參數(shù)分析

按照相同變化的偏移角分析正切刃段，所得數(shù)據(jù)較少，獲得的正切刃各點(diǎn)靜/動(dòng)態(tài)楔角迅速增加，接近線性變化。但靜態(tài)楔角僅高于動(dòng)態(tài)楔角2°～3°，在偏移角30°時(shí)，楔角達(dá)到70°。攪漿刀與R245旋耕刀在正切刃部分(圖6b)的靜態(tài)楔角基本吻合。正切刃的作用主要是切開(kāi)溝底，攪拌成漿，進(jìn)一步埋覆秸稈，與旋耕刀農(nóng)藝要求[22]一致，因此二者的楔角變化也基本一致。

基于逆向工程兩種刀具間的顯著性差異進(jìn)一步表明，攪漿機(jī)作為水田專(zhuān)用的作業(yè)機(jī)具，必須通過(guò)強(qiáng)化的側(cè)切刃刀面楔角優(yōu)化設(shè)計(jì)才能夠滿(mǎn)足攪漿農(nóng)藝的專(zhuān)門(mén)要求。目前的攪漿機(jī)產(chǎn)業(yè)雖已長(zhǎng)足發(fā)展，但攪漿刀的優(yōu)化設(shè)計(jì)尚不完善，如何基于其獨(dú)有的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)攪漿作業(yè)效果的最優(yōu)尚需進(jìn)一步深入研究。

2 攪漿刀作業(yè)性能田間試驗(yàn)

為整體上檢驗(yàn)上述理論分析的正確性，本文在田間原位和原茬條件下開(kāi)展臺(tái)架對(duì)比試驗(yàn)，檢驗(yàn)攪漿刀與旋耕刀在水田條件下的作業(yè)特性。

2.1 攪漿刀與旋耕刀作業(yè)性能對(duì)比

田間試驗(yàn)在泗洪縣石集鄉(xiāng)稻米文化小鎮(zhèn)的試驗(yàn)田(118.22°E，33.47°N)進(jìn)行，于2018年5月31日至6月11日進(jìn)行。試驗(yàn)地常年稻麥輪作，土壤類(lèi)型為砂姜黑土[23]，試驗(yàn)地土壤物理參數(shù)如表1所示，土壤緊實(shí)度如圖7所示。使用久保田PR688Q型全喂入收獲機(jī)對(duì)小麥進(jìn)行橫向收獲，控制留茬高度為40 cm，采用樣框法進(jìn)行秸稈五點(diǎn)取樣[24-25]，測(cè)得秸稈密度為5 882.10 kg/hm2。

表1 試驗(yàn)地土壤物理參數(shù)Tab.1 Soil physical parameters of test site

2.2 測(cè)試方法與指標(biāo)

旋耕作業(yè)刀輥轉(zhuǎn)速控制在150～350 r/min[26]，但水田攪漿作業(yè)的刀輥轉(zhuǎn)速尚未有明確的規(guī)范。因此主要進(jìn)行兩型刀具在不同轉(zhuǎn)速下的攪漿作業(yè)質(zhì)量對(duì)比，將轉(zhuǎn)速設(shè)置為280、348、510 r/min。IT225旋耕刀旋耕參數(shù)具體為：刀輥回轉(zhuǎn)半徑R為225 mm，側(cè)切刃起始半徑R0為125 mm，正切面端面刀高h(yuǎn)為36 mm，側(cè)切刃包角θmax為37°，正切面彎折角β為120°,工作幅寬b為45～55 mm，與攪漿刀在回轉(zhuǎn)半徑、工作幅寬等參數(shù)存在顯著差異。

使用土壤耕作原位綜合測(cè)試平臺(tái)[27]進(jìn)行試驗(yàn)(圖8)，通過(guò)控制柜調(diào)節(jié)牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，進(jìn)而調(diào)節(jié)旋耕部件前進(jìn)速度和轉(zhuǎn)向，以螺旋柱為基準(zhǔn)，升降臺(tái)車(chē)整體結(jié)構(gòu)可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)耕深，由牽引電動(dòng)機(jī)(4 kW)提供動(dòng)力，可牽引測(cè)試臺(tái)車(chē)整體前后移動(dòng)進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)進(jìn)行田間小區(qū)化處理。小區(qū)尺寸3.6 m×1.5 m，小區(qū)之間采用隔水膜包裹的木板隔擋。然后上水泡田并結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際控制田面水層高度為5～7 cm。臺(tái)車(chē)以0.2 m/s的速度穩(wěn)定前行，以減小前進(jìn)速度對(duì)功耗的影響[28]。

2.2.1攪漿作業(yè)深度與穩(wěn)定性測(cè)試

(2)

式中X——測(cè)點(diǎn)攪漿深度，cm

n——測(cè)點(diǎn)數(shù)

攪漿深度穩(wěn)定性系數(shù)U為

(3)

2.2.2工作能耗測(cè)試

測(cè)試平臺(tái)輸出刀輥轉(zhuǎn)速、扭矩和功耗參數(shù)，結(jié)合轉(zhuǎn)速與所測(cè)扭矩計(jì)算攪漿功耗。

2.2.3攪漿作業(yè)后秸稈垂直空間分布測(cè)試

試驗(yàn)前將不同長(zhǎng)度的秸稈混勻并手工均勻鋪撒在攪漿測(cè)試小區(qū)地表，攪漿處理后在每個(gè)處理小區(qū)內(nèi)測(cè)3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)用0.3 m×0.3 m的樣桶隔開(kāi)，將壓入泥漿中的秸稈空間分布劃分為0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 3個(gè)土層小心取出，將秸稈洗凈并鋪開(kāi)，采用Digimizer軟件測(cè)取3個(gè)垂直空間內(nèi)秸稈每層的長(zhǎng)度分布。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.3.1攪漿耕深穩(wěn)定性

表2顯示，IT225旋耕刀在各轉(zhuǎn)速下的耕深穩(wěn)定性均優(yōu)于攪漿刀。由于兩種刀具的正切刃寬幅不同，體現(xiàn)出二者設(shè)計(jì)參數(shù)不同的效果。

2.3.2攪漿扭矩對(duì)比分析

表3顯示，相同轉(zhuǎn)速下IT225旋耕刀的扭矩略高于攪漿刀，但差異不顯著。理論上旋耕刀耕耘阻力隨靜態(tài)滑切角的增大而增大[12]，但本文所得結(jié)果反映出兩型刀具的滑切角接近，表明滑切角對(duì)攪漿功耗的影響較小，這是導(dǎo)致攪漿能耗不同于旋耕能耗的一個(gè)因素。攪漿刀的回轉(zhuǎn)半徑小于IT225旋耕刀，采取“短刀密排”的方式，攪漿刀安裝數(shù)量遠(yuǎn)高于旋耕刀的安裝數(shù)量。刀具數(shù)量增多，扭矩功耗也隨之增大[30]。攪漿刀楔角不斷變化，側(cè)切刃刀面的楔面入土強(qiáng)化攪漿效應(yīng)也增大攪漿能耗。但各種效應(yīng)疊加后的總攪漿能耗尚難于準(zhǔn)確界定，這也是本試驗(yàn)測(cè)取刀軸扭矩研究方法的不足之處，尚待進(jìn)一步探究。

表3 不同處理下的扭矩試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Torque test results under different treatments

2.3.3秸稈垂直空間分布情況

機(jī)插秧的合理栽插深度為2～5 cm[31]，要求0～5 cm漿層內(nèi)秸稈量少。經(jīng)過(guò)攪漿或旋耕作業(yè)之后，秸稈及碎茬被掩埋在泥漿中。圖9顯示在280 r/min刀輥轉(zhuǎn)速條件下，攪漿刀在不同漿層深度的秸稈長(zhǎng)度以及數(shù)量均小于旋耕刀。攪漿刀處理后秸稈主要集中于5～10 cm深度處。IT225旋耕刀處理的秸稈則主要集中于0～5 cm泥漿層，5 cm以上秸稈較多，且在秸稈分離、清洗過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)大部分長(zhǎng)秸稈傾斜分布于0～10 cm泥漿層中。IT225旋耕刀壓茬、脫草性能差，容易纏草，壓入泥漿層中的秸稈會(huì)隨著刀具回轉(zhuǎn)再次被帶入到表層。攪漿刀得益于側(cè)切刃的獨(dú)特設(shè)計(jì)和楔角變化，加強(qiáng)了對(duì)秸稈的剪切與滑切作用，被圧入泥漿層中的秸稈不會(huì)隨著刀具的回轉(zhuǎn)再次回到表層。已有研究也佐證了水田整地條件下攪漿刀較IT225旋耕刀具有更好的滅茬、埋茬性能，可滿(mǎn)足秸稈還田與水稻插秧的農(nóng)藝要求[32]。

3 結(jié)論

(1)攪漿刀的功能特征體現(xiàn)在其側(cè)切刃刀面的楔角和刀面寬度兩方面，具備側(cè)切刃刀面楔面結(jié)構(gòu)特征的攪漿刀顯著強(qiáng)化了入土過(guò)程的側(cè)面攪漿性能。

(2)利用逆向工程方法獲得了攪漿刀的側(cè)切刃和側(cè)切刃刀面的設(shè)計(jì)參數(shù)，側(cè)切刃刀面的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)楔角及楔面寬度決定側(cè)向攪漿的強(qiáng)度，因此是評(píng)價(jià)攪漿刀性能的關(guān)鍵參數(shù)。

(3)攪漿作業(yè)的關(guān)鍵體現(xiàn)在刀具的側(cè)切刃刀面攪漿性能，因此，攪漿刀設(shè)計(jì)理論需要重點(diǎn)探討側(cè)切刃刀面的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)楔角、刀面寬度等參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(4)原位臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，相比IT225旋耕刀，攪漿刀功耗較低，0～5 cm漿層內(nèi)秸稈數(shù)量遠(yuǎn)低于旋耕刀，埋草質(zhì)量高，進(jìn)一步證明了靜態(tài)與動(dòng)態(tài)楔角間的差異性及其對(duì)攪漿和埋茬效果的顯著影響。