圓盤鋸切技術(shù)在農(nóng)機(jī)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及展望

劉海濤，鄧干然，何馮光，鄭 爽，周思理，王系林

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，廣東 湛江 524091；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524091）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)機(jī)械化作業(yè)的需求不斷提高，越來越多的先進(jìn)工業(yè)技術(shù)不斷被應(yīng)用到農(nóng)機(jī)裝備領(lǐng)域，解決了農(nóng)業(yè)機(jī)械化的專業(yè)技術(shù)來源問題。發(fā)展適用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械化手段是解決專業(yè)技術(shù)短缺、加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和促進(jìn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的重要途徑[1]。傳統(tǒng)的人工切割作業(yè)如莖稈類作物收獲、枝條修剪等，大多耗時(shí)耗力、效率低下，隨著農(nóng)村勞動(dòng)力短缺、勞動(dòng)力人口老齡化日益加劇，加快研究適用于農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的機(jī)械化切割手段對(duì)解決農(nóng)村發(fā)展困境和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化有著重要意義[2]。

圓盤鋸切技術(shù)作為常見的切割技術(shù)，因操作簡單、加工效率高、切削性能優(yōu)越等特性，最初廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如木材、石材、塑料等多種材料的切割[3-4]。而圓盤鋸切的方式同樣符合農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、適用面廣、作業(yè)效率高的要求，逐步應(yīng)用于作物收獲、粉碎滅茬、枝條修剪等領(lǐng)域。隨著在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷增多，圓盤鋸切和往復(fù)式切割、循環(huán)式切割、甩刀式砍切共同成為農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域4種最常用的切割方式[5-7]。

圓盤鋸根據(jù)材料的不同可分為高速鋼圓盤鋸、硬質(zhì)合金圓盤鋸、鑲齒合金圓盤鋸、金剛石圓盤鋸4種[8]，其中硬質(zhì)合金圓盤鋸在切斷木質(zhì)莖稈和植物纖維的切割效果最好。此外農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)中的圓盤鋸切方式主要為垂直于纖維方向運(yùn)動(dòng)的橫截切割，故研究提及的圓盤鋸種類均為硬質(zhì)合金圓盤鋸，切割方式均為橫截切割。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 圓盤鋸工作參數(shù)優(yōu)化

圓盤鋸的工作參數(shù)包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和作業(yè)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)包括鋸齒參數(shù)（齒數(shù)、齒高、直徑等）和鋸齒角度參數(shù)（前角、后角、楔角、前面斜磨角等）2 大類[9-11]；作業(yè)參數(shù)包括圓盤鋸進(jìn)給速度、鋸切速度、刀片安裝傾角、目標(biāo)直徑等，不同的作業(yè)參數(shù)組合直接影響到圓盤鋸的應(yīng)力變化和模態(tài)響應(yīng)，進(jìn)而影響鋸切質(zhì)量[12]。

圓盤鋸的使用大多依據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)來選擇工作參數(shù)，缺少科學(xué)、合理的判斷依據(jù)，存在因?yàn)閰?shù)選擇不合理而造成切割質(zhì)量差、功率能耗高的問題。為此，國內(nèi)外專家學(xué)者使用有限元仿真、正交試驗(yàn)等方法探究切割過程中影響切割效果的工作參數(shù)及其主次順序，從而選出最優(yōu)參數(shù)組合來提高切割效率并降低功耗。

廖宜濤等[13]基于ANSYS/LS-DYNA 有限元仿真軟件建立了圓盤鋸-蘆竹切割顯示動(dòng)力學(xué)模型，模擬了蘆竹切割過程并獲取了圓盤鋸鋸切蘆竹過程的“載荷-位移”曲線，提出了“切割-進(jìn)給速度”匹配修正系數(shù)概念，確定了切割蘆竹時(shí)進(jìn)給速度和鋸切速度的最優(yōu)組合，有效提高了切割質(zhì)量。這是國內(nèi)較早使用仿真尋優(yōu)方法探究圓盤鋸機(jī)構(gòu)工作參數(shù)最優(yōu)組合的研究，同時(shí)研究結(jié)果為蘆竹收割機(jī)的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的張相恒[14]研究了圓盤鋸桑條滅茬機(jī)行進(jìn)速度與切割轉(zhuǎn)速對(duì)茬口切割質(zhì)量的影響，在切割-進(jìn)給速匹配的修正系數(shù)的基礎(chǔ)上提出了切割行駛速比（切割速度與行駛速度的比值），使用Hypermesh 與LS-DYNA 進(jìn)行聯(lián)合仿真，“桑條-圓盤鋸”切割仿真模型如圖1 所示。通過單因素仿真試驗(yàn)得出仿真最佳參數(shù)，并進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)對(duì)仿真結(jié)果驗(yàn)證，結(jié)果表明，當(dāng)行駛速度為0.35 m/s、轉(zhuǎn)速為2 830 r/min 時(shí)，割茬損傷程度最小為2.54，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果接近。研究表明，在功率損耗和極限行駛速度（未切斷而壓斷桑條的速度）要求允許的情況下，切割行駛比越大，切割效果越好、損傷程度越低，同時(shí)研究內(nèi)容為草本桑條滅茬機(jī)的優(yōu)化和切割行駛比的深入研究提供了理論基礎(chǔ)。

圖1 “桑條-圓盤鋸”切割仿真模型

程衛(wèi)華等[15]對(duì)圓盤鋸式沙柳切割器進(jìn)行作業(yè)優(yōu)化，以齒數(shù)、齒厚、轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)量為因素，同時(shí)以轉(zhuǎn)矩和功耗為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單因素、多因素仿真試驗(yàn)。根據(jù)極差大小確定最優(yōu)的工作參數(shù)組合，此時(shí)仿真鋸切轉(zhuǎn)矩為7.41 N·m，功耗為1 412 J。搭建試驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證仿真試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，各因素對(duì)轉(zhuǎn)矩功耗的影響圖2 所示。結(jié)果表明,使用仿真最佳參數(shù)得出的實(shí)際鋸切轉(zhuǎn)矩為7.55 N·m，功耗為1 514 J，分別與仿真試驗(yàn)數(shù)值模擬結(jié)果相差1.9%和7.2%，切割效果滿足沙柳復(fù)壯要求。考慮到實(shí)際試驗(yàn)存在摩擦等增加功率的情況，功率差值在接受范圍之內(nèi)。研究表明，通過驗(yàn)證試驗(yàn)，進(jìn)一步證明了仿真尋優(yōu)方法可行性較高，與人工經(jīng)驗(yàn)判斷方法相比，仿真尋優(yōu)的方法更為準(zhǔn)確。

圖2 鋸切試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

張春龍等[16]研究了圓盤鋸直徑、齒數(shù)、鋸切速度、進(jìn)給速度對(duì)圓盤鋸式割膠裝置切割功耗的影響，構(gòu)建了以鋸切速度、進(jìn)給速度、齒數(shù)為因素，以切割功耗為評(píng)價(jià)指標(biāo)的模型，進(jìn)行了三因素三水平正交試驗(yàn)。結(jié)果表明，各因素對(duì)切割功耗影響的主次順序?yàn)閳A盤鋸齒數(shù)、進(jìn)給速度、鋸切速度、直徑，同時(shí)得到在給定因素水平下，切割參數(shù)最佳組合為進(jìn)給速度為30 mm/s、鋸切速度為500 r/min、鋸片齒數(shù)為10，此時(shí)電機(jī)切割功耗最小。研究表明，對(duì)切割參數(shù)進(jìn)行仿真尋優(yōu)選出最佳參數(shù)組合可大幅降低機(jī)構(gòu)的切割功耗。

趙潤茂等[17]依托萬能試驗(yàn)機(jī)搭建了“圓盤鋸-荔枝果梗”切割試驗(yàn)平臺(tái)，研究果梗鋸切功耗的影響因素。對(duì)影響因素進(jìn)行單因素、多因素試驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。結(jié)果表明，影響鋸切電機(jī)瞬時(shí)功耗峰值的主次因素依次為：鋸切速度、進(jìn)給速度、鋸片齒前面斜磨角及齒數(shù)；并得出進(jìn)給量（進(jìn)鋸時(shí)間）與瞬時(shí)功率（電流）之間的關(guān)系，電流-鋸切時(shí)間變化如圖3 所示。隨著進(jìn)給量的增加，鋸片進(jìn)給引起果梗與鋸片的接觸弧長與切削量增加，電機(jī)瞬時(shí)功耗逐漸上升，在直徑一半處到達(dá)峰值；繼續(xù)進(jìn)給，電機(jī)瞬時(shí)功耗則逐步減小，直至果梗被完全鋸斷，與切入段恰為相反。此研究內(nèi)容探究了影響果梗鋸切功率的主次因素，并揭示了莖稈類切割過程中的通用規(guī)律。

圖3 電流-鋸切時(shí)間變化

李偉光等[18]分析了圓盤鋸工作參數(shù)對(duì)鋸切表面粗糙度的影響，通過單因素多水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)分別比較了進(jìn)給速度、徑向側(cè)后角、零徑向側(cè)后角對(duì)表面粗糙度的影響程度。結(jié)果表明，進(jìn)給速度、徑向側(cè)后角與鋸切表面粗糙度呈正相關(guān)，無零徑向側(cè)后角段鋸齒鋸切形成的表面粗糙度均高于具有零徑向側(cè)后角段鋸齒。此研究表明，切削斷面的表面粗糙度與鋸痕深度有著密切關(guān)系，且進(jìn)給速度越大、鋸痕深度越大，則鋸齒產(chǎn)生的表面粗糙度越低、效果越好。

此外，印度的BRAJESH NARE 等[19]設(shè)計(jì)了一種圓盤鋸式甘蔗切種裝置，并通過正交試驗(yàn)和多元回歸分析影響切割質(zhì)量的因素，得出不同的進(jìn)給速度、進(jìn)料速度和甘蔗直莖與切割扭矩和切割能耗的關(guān)系。蔣連瓊[20]通過ANSYS/LS-DYNA 軟件對(duì)枝條鋸切過程進(jìn)行了顯示動(dòng)力學(xué)仿真，得出了鋸切速度、工進(jìn)速度、枝條直徑等工作參數(shù)與鋸切力和鋸切質(zhì)量之間的關(guān)系。王小純[21]采用有限元法對(duì)圓盤鋸鋸切枝條過程中的受力進(jìn)行了細(xì)致的分析，得到了各個(gè)時(shí)刻的圓鋸片受力及變形情況。尹益文等[22]通過設(shè)計(jì)棉桿切碎還田裝置，對(duì)切割過程、鋸切力進(jìn)行分析，得到了影響鋸切力的因素。寧夏大學(xué)的王雨桐[23]以枝條直徑、枝條含水率、鋸切速度、進(jìn)給速度和鋸切傾角為試驗(yàn)因素，設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)，并分析這些因素對(duì)切割功率和斷面質(zhì)量的影響規(guī)律。

1.2 圓盤鋸結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究現(xiàn)狀

1.2.1 圓盤鋸輪廓曲線優(yōu)化

王剛等[24]以棉蝗口器上顎切葉齒為原型并結(jié)合圓盤鋸的結(jié)構(gòu)，仿生設(shè)計(jì)了一款仿生鋸片，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。該研究仿生圓盤鋸鋸齒較鈍，沒有普通鋸齒鋸片的刃角，由鋸齒齒刃滑切莖稈，避免了刃尖直接刺入并切斷莖稈而導(dǎo)致阻力增大的問題。在仿生圓盤鋸與普通圓盤鋸的玉米莖稈切割對(duì)比試驗(yàn)中，仿生圓盤鋸的切割扭矩降低了14.89%，切割效率提高了18.49%，此外在鋸切過程中也減少了切割碎屑的產(chǎn)生，讓切割斷面更整齊。

圖4 仿生鋸片結(jié)構(gòu)

王波等[25]同樣采用棉蝗上顎切齒葉為研究試樣，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)及輪廓的分析，提取棉蝗切齒葉外輪廓設(shè)計(jì)出圓盤型鋸片鋸齒形狀，使用ANSYS 軟件對(duì)仿生鋸片的鋸齒和普通鋸片鋸齒進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)分析。綜合比較后發(fā)現(xiàn)，仿生鋸片在受到外力作用時(shí)，能減小鋸齒的變形且不產(chǎn)生過大的應(yīng)力，綜合性能比普通型鋸片好。

基于兩者的研究表明，圓盤鋸的輪廓曲線優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜的過程，而仿生設(shè)計(jì)通過提取自然界成熟的生物結(jié)構(gòu)曲線對(duì)齒形輪廓進(jìn)行設(shè)計(jì)，在圓盤鋸齒形輪廓優(yōu)化上有著比較大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)為研究者提供了新穎的研究思路和有效的研究方法。

1.2.2 圓盤鋸動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)化

圓盤鋸在切削過程中由于轉(zhuǎn)速極高、徑厚比大、鋸齒與材料碰撞、圓盤鋸質(zhì)量不平衡等原因，使其振動(dòng)無法避免[26-27]。圓盤鋸的振動(dòng)直接影響著鋸切質(zhì)量和鋸片壽命，振動(dòng)過大還會(huì)影響作業(yè)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，其劇烈振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲也危害工作人員的身體健康[28]。

圓盤片工作時(shí)的振動(dòng)特性比較復(fù)雜，主要包括扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、徑向振動(dòng)和橫向振動(dòng)3 種振動(dòng)形式[29]。圓鋸片基體沿轉(zhuǎn)軸軸向所做往復(fù)位移振動(dòng)即為其橫向振動(dòng)，橫向振動(dòng)過大會(huì)增加鋸路寬度、鋸切功耗以及基體軸向變形量，是導(dǎo)致圓盤鋸工作不穩(wěn)定和基體失效的最主要因素[30-31]。此外，當(dāng)工作附加的振動(dòng)達(dá)到或接近固有頻率時(shí)會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)“尖嘯”噪音和橫向振動(dòng)大幅增加的情況，嚴(yán)重影響鋸切的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。為此國內(nèi)外專家學(xué)者研究了影響圓盤鋸動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性如橫向振動(dòng)、模態(tài)、固有頻率等因素和彼此之間的關(guān)系，并提出了減震降噪有效措施。

1.2.2.1 橫向振動(dòng)

MARUI E 和J.F.TIAN 等[32-33]對(duì)圓盤鋸工作中由鋸切力產(chǎn)生的橫向振動(dòng)機(jī)理、圓盤鋸的超臨界運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行了研究，并對(duì)圓鋸片切割引起的振動(dòng)進(jìn)行了模型分析，用于了解橫向振動(dòng)失穩(wěn)的問題。南京林業(yè)大學(xué)的徐東鎮(zhèn)[34]研究了圓鋸片工作狀態(tài)中的橫向振動(dòng)特性，結(jié)果表明，圓鋸片的橫向振動(dòng)展現(xiàn)較弱的非線性特征，圓鋸片切割狀態(tài)的橫向振動(dòng)振幅小于其空載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的橫向振動(dòng)振幅，建立了橫向振動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與其倍頻響應(yīng)的聯(lián)系。研究表明，圓鋸片振動(dòng)是典型的非線性振動(dòng)問題，其中橫向振動(dòng)最能代表圓盤鋸的振動(dòng)特性，研究降低圓盤鋸橫向振動(dòng)可直接提高工作狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

1.2.2.2 模態(tài)分析

NICOLETTI N 等[35]用有限元法模擬圓盤鋸的張緊狀態(tài)以確定鋸片的殘余應(yīng)力，并將其轉(zhuǎn)化為圓盤鋸的模態(tài)分析。CHEN K N 等[36]通過建立一個(gè)準(zhǔn)確的有限元模型模擬實(shí)際圓盤鋸作業(yè)過程，并對(duì)其進(jìn)行有限元分析得到模態(tài)參數(shù)，接著對(duì)鋸片上的縱向槽形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大程度減少分析結(jié)果誤差和鋸片運(yùn)轉(zhuǎn)速度間的頻率差，進(jìn)而減少圓盤鋸結(jié)構(gòu)體的共振現(xiàn)象。

張紹群等[37]使用ANSYS 有限元分析軟件對(duì)圓盤鋸進(jìn)行模態(tài)分析，研究其低頻范圍的橫向振動(dòng)問題，并用動(dòng)態(tài)信號(hào)測試分析系統(tǒng)對(duì)圓盤鋸相應(yīng)模態(tài)的固有頻率進(jìn)行測試。研究表明，在圓盤鋸基體開減振孔可提高圓盤鋸的鋸切性能，降低其在工作時(shí)的橫向振動(dòng)。駱志高等[38]通過模態(tài)試驗(yàn)對(duì)比有無減振孔的圓盤鋸前八階振型及固有頻率數(shù)值發(fā)現(xiàn)，有孔鋸片的各階對(duì)應(yīng)的固有頻率值有所下降，對(duì)應(yīng)的同階次振動(dòng)強(qiáng)度和噪音也隨之降低，鋸片振動(dòng)響應(yīng)的振幅相應(yīng)減小從而降低鋸片的橫向振動(dòng)。

楊振等[39]使用ANSYS 軟件對(duì)果樹苗木平茬機(jī)構(gòu)的圓盤鋸切割部件進(jìn)行橫向振動(dòng)的模態(tài)分析，通過函數(shù)推導(dǎo)出切割器的固有頻率，并分析鋸齒與圓盤鋸固有頻率的關(guān)系，通過有限元分析得出圓盤鋸的前六階極限轉(zhuǎn)速和固有頻率，田間試驗(yàn)最大振動(dòng)損傷位移值為31 mm，有效降低了工作過程的茬口損傷，為切割器的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供理論依據(jù)和參考依據(jù)。研究表明，通過對(duì)圓盤鋸的模態(tài)振型分析可知，圓盤鋸的振動(dòng)主要發(fā)生在鋸齒邊緣處，且刀盤外端邊緣易產(chǎn)生振動(dòng)彎曲。

濟(jì)南大學(xué)的楊秀魯[40]通過有限元模型模態(tài)分析，研究了具有不同結(jié)構(gòu)要素的圓盤鋸基體的固有頻率、振型和頻響特性。研究表明，鋸齒形狀、基體厚度、開孔形狀這3 種結(jié)構(gòu)要素對(duì)降低高頻段固有頻率有一定效果但不明顯，而開槽類型、開孔數(shù)量對(duì)圓盤鋸基體動(dòng)態(tài)特性及減振能力的影響顯著。

1.2.2.3 減振降噪措施

常濤濤等[41]使用有限元軟件ABAQUS 對(duì)圓鋸片進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，運(yùn)用極差分析法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，研究了徑向槽對(duì)圓盤鋸振動(dòng)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，徑向槽數(shù)量和徑向槽長度是影響振動(dòng)的主要因素。數(shù)量為7、長度為20 mm、寬度為1.5 mm 的開槽圓鋸片抗振動(dòng)性能優(yōu)于未開槽結(jié)構(gòu)圓盤鋸，優(yōu)化后的圓鋸片結(jié)構(gòu)相比優(yōu)化前圓鋸片響應(yīng)量減小了7.62%，提高了抗振動(dòng)性能。賈娜等[42]提出了超薄硬質(zhì)合金圓鋸片槽孔結(jié)構(gòu)的減振設(shè)計(jì)方法，利用拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化相結(jié)合的方式，將圓鋸片的槽孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為槽孔位置優(yōu)化和形狀優(yōu)化。結(jié)果表明，其提出的槽孔設(shè)計(jì)方法在滿足結(jié)構(gòu)剛度的條件下，能夠獲得邊界條件下的最優(yōu)槽孔結(jié)構(gòu)，此時(shí)，振幅處于較小的范圍。研究表明，使用拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化相結(jié)合的方式可有效算出圓盤鋸最優(yōu)槽孔位置。上述幾位學(xué)者的研究結(jié)果為圓盤鋸降低振動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及基體沖孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。

李博等[43]提出了一種圓鋸片激光沖擊技術(shù)，使圓盤鋸局部區(qū)域產(chǎn)生永久的塑性變形，進(jìn)而在圓盤鋸內(nèi)部引入數(shù)值大小適當(dāng)、分布合理的預(yù)應(yīng)力場，從而提高鋸片穩(wěn)定性和鋸切質(zhì)量。此外激光沖擊適張工藝有別于機(jī)械適張，不會(huì)造成軋輥、錘頭、壓頭的磨損以及塑性變形的不一致等影響適張效果的問題。研究表明，使用適張技術(shù)處理圓盤鋸可有效提高圓盤鋸工作動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，同時(shí)使用激光沖擊的方式來增強(qiáng)適張效果具有可行性。

鄒陸等[44]提出了一種可主動(dòng)控制圓盤鋸橫向振動(dòng)的方法，此方法使用加有氣動(dòng)伺服閥、控制器和傳感器并可主動(dòng)控制的導(dǎo)向裝置，應(yīng)用鋸片兩側(cè)氣體靜壓裝置推力對(duì)圓盤鋸橫向振動(dòng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制，與常規(guī)導(dǎo)向裝置相比，橫向振動(dòng)減小了80.34%，減振作用明顯。研究表明，使用此控制方法對(duì)鋸片振動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定控制，可以確?？刂凭龋黠@減小橫向振動(dòng)，提高圓盤鋸作業(yè)的穩(wěn)定性。

2 存在的問題

2.1 參數(shù)選擇過于復(fù)雜

圓盤鋸存在大量的結(jié)構(gòu)、工作參數(shù)組合，使用仿真尋優(yōu)等手段在單一對(duì)象的條件下可提高效率和精準(zhǔn)度。但面對(duì)不同對(duì)象時(shí)，往往要重復(fù)復(fù)雜的試驗(yàn)來確定準(zhǔn)確的參數(shù)組合，缺少面向使用者的便捷、準(zhǔn)確的綜合選擇方法，不利于圓盤鋸切技術(shù)的推廣和發(fā)展。

2.2 認(rèn)可度低

圓盤鋸切作為一種技術(shù)成熟、切割質(zhì)量良好的切割技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、石材、木材等領(lǐng)域，但在農(nóng)機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用程度并不高。在高速旋轉(zhuǎn)下圓盤鋸鋒利齒刃被不斷磨損，作業(yè)對(duì)象也大多為含有酸堿腐蝕性汁液的植物莖稈，這大大縮短了圓盤鋸的工作壽命，在農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)需要頻繁更換刀片來保證切割質(zhì)量，加之圓盤鋸加工成本較高，因此，在大規(guī)模農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)中常被圓盤刀、動(dòng)定刀等更為低價(jià)耐用的切割刀具代替。

2.3 智能化、信息化程度低

國內(nèi)圓盤鋸機(jī)構(gòu)大多使用手動(dòng)操作，缺少智能的控制方式和監(jiān)測手段。目前即使是大型圓盤鋸結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)機(jī)械也僅能設(shè)置少量的作業(yè)參數(shù)，在工作過程中難以實(shí)現(xiàn)智能、精準(zhǔn)的控制。在作業(yè)過程中同樣因缺少信息化設(shè)備，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)作業(yè)情況，也制約了圓盤鋸切技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 綜合參數(shù)選擇系統(tǒng)

在開展多種典型莖稈切割參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果的基礎(chǔ)上，依靠深度學(xué)習(xí)、機(jī)械學(xué)習(xí)等算法框架構(gòu)建綜合參數(shù)選擇系統(tǒng)。系統(tǒng)通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測相近物理參數(shù)莖稈的最優(yōu)工作參數(shù)。建立莖稈材料數(shù)據(jù)庫，生成多種參數(shù)組合選項(xiàng)，使用者可根據(jù)莖稈、切割質(zhì)量要求的不同，通過系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行快速計(jì)算，得到最優(yōu)參數(shù)組合。

3.2 提高作業(yè)壽命

圓盤鋸因作業(yè)對(duì)象和自身特點(diǎn)的原因，在作業(yè)時(shí)常出現(xiàn)磨損、腐蝕的問題，降低了作業(yè)壽命并增加了成本。使用防腐蝕鍍層可有效防止酸堿汁液腐蝕并增加耐磨性。發(fā)展便攜式圓盤鋸修磨裝置，不僅可以恢復(fù)切割銳利性，還可修整刀頭形狀，提高圓盤鋸的重復(fù)利用性。在整體式圓盤鋸機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)研發(fā)自磨銳裝置，可有效提高其切割能力和使用壽命。

3.3 安全保護(hù)

圓盤鋸機(jī)構(gòu)缺少保護(hù)措施，如手動(dòng)持式圓盤鋸機(jī)構(gòu)，在作業(yè)時(shí)應(yīng)增加圓盤鋸保護(hù)裝置，通過傳感器、保護(hù)罩、警報(bào)器、急停裝置、除塵降噪裝置對(duì)人員進(jìn)行安全保護(hù)。整體式圓盤鋸機(jī)構(gòu)在保護(hù)裝置上還應(yīng)添加傳感器、攝像頭、過載保護(hù)等對(duì)作業(yè)進(jìn)行監(jiān)控、保護(hù)，確保作業(yè)安全。

3.4 智能控制

國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械中圓盤鋸機(jī)構(gòu)普遍使用等速切割，缺少集成式的智能控制系統(tǒng)。在確定作業(yè)參數(shù)的條件下，使用單片機(jī)等控制器對(duì)整體作業(yè)過程進(jìn)行控制，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)反饋的作業(yè)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，可有效提高整體作業(yè)效率。

4 結(jié)語

我國農(nóng)機(jī)工業(yè)發(fā)展正處于從傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)向高質(zhì)量農(nóng)機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，利用更先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和分析方法對(duì)圓盤鋸工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并融合智能化和信息化技術(shù)，是發(fā)展高質(zhì)量圓盤鋸切裝備的關(guān)鍵。在農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力日益減少的形勢(shì)下，研發(fā)多類型的圓盤鋸切技術(shù)裝備，滿足不同用途的需求，對(duì)解決農(nóng)村勞動(dòng)力不足、提高生產(chǎn)效率具有重要意義?？梢灶A(yù)見，圓盤鋸切技術(shù)作為一種高質(zhì)量的切割方式，因其在莖稈切割上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)將被越來越廣泛地應(yīng)用。