立式棉稈粉碎還田機設計與試驗

牛國梁，李 斌，劉 洋，王士國，王 濤，孫曉曉

(1.新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆 石河子 832000；2.石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000)

新疆是我國重要的棉花生產基地和優質棉花產區，棉花秸稈資源豐富[1-4]。秸稈粉碎還田機是棉稈粉碎的重要環節[5]，因此研發工作可靠、秸稈粉碎長度合格率高、留茬整齊且低的棉稈粉碎還田機已成為重要研究之一。

按照工作部件的運動方式秸稈粉碎還田機可分為臥式和立式[6]。臥式如章志強等[7]研制的一種適用于小麥和玉米的可調節臥式秸稈粉碎拋撒還田機，并使用Fluent分析得出有利于秸稈流動性的機架外形，實現了秸稈拋撒幅寬、均勻度的可調節；田辛亮等[8]設計的4JSM-2000A臥式棉稈粉碎及摟膜聯合作業機，提高了棉稈粉碎和摟膜作業效率；李亞萍等[9]研制了基于新型自適應擺動尾輪與螺旋排列刀軸刀片結構的4JH-220型秸稈粉碎還田機，實現了秸稈粉碎還田的機械化作業；孫妮娜等[10]設計了一種臥式水稻秸稈粉碎還田機，改善了秸稈粉碎效果，并使用Fluent分析得出正扇葉型粉碎刀可以提高粉碎室內風速。現有的臥式秸稈粉碎還田機主要適用于軟質秸稈，傳動過程中易產生振動，嚴重影響秸稈粉碎質量和整機的穩定性，工作效率降低，留茬參差不齊。吳學尚[11]設計了一種立式香蕉秸稈粉碎還田機，甘聲豹[12]在此立式香蕉秸稈粉碎還田機的基礎上進行了優化改進；現有的立式秸稈粉碎還田機還有2、4、6行單刀盤秸稈粉碎還田機和4、6、8行等徑雙刀盤秸稈粉碎還田機[13]。立式秸稈粉碎還田機多用于棉稈等硬質秸稈，留茬高度一致，主要針對的是機采棉40 cm+20 cm的種植模式，與新疆機采棉66 cm+10 cm的種植模式不符；單刀盤直徑較大，振動嚴重，作業效率低；等徑雙刀盤作業效率高，但是加劇了動刀之間的磨損，刀盤中間秸稈無法完全粉碎。

針對適用于新疆棉花種植模式、秸稈粉碎質量差、留茬較高等問題，以立式秸稈粉碎還田機為基礎，結合機采棉種植模式研制了一種帶有仿形輪的雙刀盤L型不等徑立式棉稈粉碎還田機，并通過對棉稈粉碎過程中流場分析和正交組合試驗，探究機具不同結構參數和工作參數對秸稈粉碎的影響，得到機具最優結構和最優工作參數，為秸稈粉碎還田機設計提供依據。

1 整機結構及主要工作參數確定

1.1 整機結構

注：1.機架上護板;2.小變速箱;3.小摩擦離合器;4.小超越離合器;5.萬向節傳動軸;6.小支撐座;7.大變速箱;8.大摩擦離合器;9.大超越離合器;10.大支撐座;11.懸掛架;12.大減震墊;13.吊環;14.小減震墊;15.大仿形輪;16.機架側護板;17.小仿形輪;18.定刀;19.小粉碎刀;20.機架底部護板;21.大粉碎刀.Note:1.Protector on the frame;2.Small gearbox;3.Small friction clutch;4.Small overrunning clutch;5.Universal joint drive shaft;6.Small support seat;7.Large gearbox;8.Large friction clutch;9.Large overrunning clutch;10.Large support base;11.Suspension frame;12.Large cushion;13.Lifting ring;14.Small cushion;15.Large profile wheel;16.Frame side guard;17.Small profile wheel;18.Fixed knife;19.Small crush Knife;20.Bottom guard plate of the frame;21.Large crushing knife.圖1 棉稈粉碎還田機結構圖Fig.1 Structure drawing of cotton stalk crushing and returning to the field machine

棉稈粉碎還田機結構如圖1所示，機架呈多邊結構，包括上護板、側護板和底部護板，上護板與側護板之間通過螺栓連接，側護板受到磨損后方便更換，底部護板有利于棉稈的重復切割，并保護粉碎刀；支撐裝置包括大仿形輪和小仿形輪與機架連接，起到支撐作用的同時，可以根據不同地面的狀況進行仿形，調整刀盤高度；切割裝置包括切割4行棉稈的大刀盤組和切割兩行棉稈的小刀盤組，從而提高工作效率和粉碎質量；粉碎刀為上下兩層，上下兩個粉碎刀為一組，大小粉碎刀盤分別為3組，通過螺栓連接固定在切割刀盤上，增加了粉碎面積；傳動裝置呈L型，包括大刀盤傳動裝置和小刀盤傳動裝置，大小刀盤傳動裝置主要由大小摩擦離合器、大小超越離合器和大小變速箱組成，變速箱由螺旋錐齒輪來轉換傳動方向，大刀盤傳動裝置與小刀盤傳動裝置通過萬向節傳動軸連接，摩擦離合器和超越離合器在傳動過程中起到過載保護的作用，保證傳動過程的連續性，使傳動可靠穩定；減震墊安裝在傳動裝置與機架之間，可以減小振動，避免傳動裝置彎曲變形；懸掛架和吊環與拖拉機連接，使整機工作時保持平穩。

棉稈粉碎還田機采用3點懸掛方式與拖拉機連接，工作時配套拖拉機動力輸出軸輸出的動力在萬向節傳動軸的傳動下，依次通過大刀盤傳動裝置和小刀盤傳動裝置改變動力方向，帶動大刀盤和小刀盤轉動(圖1)。拖拉機行進時棉稈被連續喂入機具內，在機架、動刀、定刀的相互作用下產生較大的切割力來粉碎棉稈，刀盤的高速旋轉使氣流流速增加，被切和待切的秸稈在機架內隨刀盤轉動不斷地砍切、撕裂和揉搓等綜合作用下被切碎成纖維狀或小段；粉碎后的秸稈在粉碎刀軸產生的氣流和離心力的作用下從機具出口處均勻撒落。

根據新疆地區機采棉棉花種植模式，由于支稈較多，經過測量6行棉稈的寬度為2 700 mm，從而確定外形尺寸和入口尺寸；小刀盤軸心位于兩行棉稈的正中間，從而確定小刀盤回轉半徑；根據6行棉稈的寬度和小刀盤回轉半徑確定大刀盤回轉半徑和軸心距；立式棉稈粉碎還田機主要技術參數如表1所示。

表1 立式棉稈粉碎還田機主要技術參數Table 1 Main technical indicators of vertical cotton stalk crushing and returning to the field machine

1.2 主要工作參數確定

1.2.1 粉碎刀軸轉速參數確定 粉碎刀軸轉速對秸稈粉碎效果有重要的影響[14]。建立以機具前進方向為X軸、刀軸軸心O為原點的坐標系，粉碎刀尖A(x，y)的運動軌跡如圖2所示。

粉碎刀刀尖的絕對速度(v)為：

(1)

當刀尖運動方向與機具前進方向相反時，刀尖速度(v)最小為：

v=Rw-vm

(2)

刀軸轉速最小(n)為：

(3)

根據現有研究表明刀尖線速度在30～43 m·s-1時粉碎效果較好[15-16]，為了保證粉碎率，刀尖線速度取43 m·s-1；立式秸稈粉碎還田機的粉碎效率較高，根據大量的田間試驗和觀察，機具前進速度vm取3～4 m·s-1；大刀盤回轉半徑為800 mm，小刀盤回轉半徑為474 mm。代入公式(3)計算可得大刀盤轉速最小為550 r·min-1，小刀盤轉速最小為900 r·min-1，一般拖拉機的輸出轉速為540、7 200 r·min-1和1 100 r·min-1。綜合考慮實際工作中的棉稈含水率、刀軸平衡性、其他未知因素和拖拉機的輸出轉速的影響[10]，確定大刀軸轉速范圍為800～1 500 r·min-1，小刀軸轉速范圍為900～1 700 r·min-1。

1.2.2 喂入口高度和刀尖離地間隙確定 秸稈留茬高度與喂入口高度(h)有重要關系，減小h將增大留茬高度，留茬高度太高將導致翻耕時根茬不能完全埋壓于犁坯下，但是h過小將會影響喂入速度[17]，為了達到留茬高度要求且提高喂入速度，喂入口高度(h)滿足以下條件：

(4)

式中,t為粉碎刀刀尖離地高度(mm)，D為刀軸旋轉直徑(mm)。

粉碎刀刀尖離地間隙(t)太大，作業后的留茬高度將增高，t太小，留茬高度降低，但是提高了粉碎刀與田間雜質的摩擦，增加了功耗同時降低了粉碎刀的壽命。根據GB/T 24.675.6-2009《保護性耕作機械 秸稈粉碎還田機》[17]的標準要求，設計粉碎刀刀尖離地間隙為60～80 mm，可以確定h的范圍為400～500 mm。

注：vm為機具前進速度(m·s-1)，w為刀軸轉動角速度(rad·s-1)，R為回轉半徑(mm)，t為作業時間(s)。Note:vm is the forward velocity of the machine (m·s-1);w is the rotational angular velocity of the knife shaft (rad·s-1);R is the radius of rotation (mm);t is the assignment time (s).圖2 刀尖運動軌跡Fig.2 Tool tip movement trajectory

2 棉稈粉碎過程流體分析與結構優化

棉稈粉碎過程中棉稈主要與機架和粉碎刀接觸，機架結構、粉碎刀的數量和粉碎刀盤與地面之間的夾角直接影響棉稈粉碎質量[13]，因此采用Fluent軟件建立機架、粉碎刀和粉碎刀盤模型，分析不同結構的機架結構、粉碎刀組數和粉碎刀盤與地面之間的夾角等參數對秸稈粉碎過程中氣流的影響，從而得出最優棉稈粉碎還田機結構設計參數。

2.1 流體分析參數設定

為了提高計算效率，在不影響計算精度的前提下，簡化粉碎室上的倒角、螺栓、軸承座、軸承等。在流場分析中，介質為空氣，模擬運動流域采用多參考系模型。入口和出口邊界設置為壓力入口和出口；粉碎刀軸流域和壁面為旋轉流域，其他流域和壁面為靜止流域和壁面，大刀盤轉速為1 050 r·min-1，小刀盤轉速為1 200 r·min-1，從機架上方看粉碎刀沿逆時針旋轉；旋轉區域和靜止區域分別設定為Interface；湍流模型選用RNG-k-ε[18]，壓力-速度耦合采用COUPLED算法求解[19-20]，利用CFD-Post后處理器進行求解。做截面P1穿過上側粉碎刀并與X-Z平面平行，其截面流體與機架上護板、機架側護板和粉碎刀同時接觸；截面P2經過刀軸中心線并與X-Y平面平行，其截面可以同時表示出刀盤旋轉流域、刀盤上層流域和刀盤下層流域的流體，因此選擇截面P1和P2來分析流場特性更具有代表性(圖3)。

注：1.大刀盤出口;2.大刀盤外流域;3.小刀盤出口;4.小刀盤外流域;5.機架內流域;6.地面;7.入口。Note:1.Outlet of large cutterhead;2.Outer basin of large cutterhead;3.Outlet of small cutterhead;4.Outer basin of small cutterhead;5.Basin in rack;6.Ground;7.Entrance.圖3 機架內流體計算區域及截面示意圖Fig.3 Schematic diagram of fluid calculation area and section within the frame

2.2 流體分析計算結果

2.2.1 機架結構的確定 機架結構主要有折線形和弧線形兩種類型，為了得出最優結構參數，對設計的3種機架結構進行數值仿真分析，折線形1機架圍繞每個刀盤周圍呈八角結構，折線形2機架整體呈六角結構，弧線形為折線型1機架的內切圓，其他參數保持不變。數值仿真分析表明，折線形1、折線形2和弧線形機架入口空氣質量流量分別為0.265、0.214、0.135 kg·s-1，平均壓力為-5.132、-4.91、-3.228 Pa，說明折線形1比其他兩種機架結構單位時間有更多流體流入。出口流體平均速度為6.054、8.014、9.427 m·s-1，說明其他兩種機架比折線形1更容易使流體流出。3種機架結構的大刀盤和小刀盤刀尖轉速為86.249、57.325 m·s-1，均超過了43 m·s-1，達到棉稈切割粉碎速度。根據3種機架結構P1面的流線圖(圖4)可以看出在入口處折線形1產生較多紊流；折線2小刀盤出口處流線較多，使大量秸稈無法得到充分粉碎；在近壁面處，折角位置速度方向出現明顯變化，更容易產生壁面紊流，圓弧位置處速度方向變化一致。綜合上述分析，紊流的產生增加了氣流在粉碎室內的時間，棉稈在氣流的作用下繼續被粉碎刀切割從而可以提高棉稈的粉碎效果，所以選擇折線形1機架結構更有利于棉稈粉碎。

圖4 不同機架結構P1面流線圖Fig.4 P1 plane flow diagram of different rack structures

2.2.2 粉碎刀組數的確定 刀片數目過少不能對秸稈進行充分粉碎，過多消耗功率過大、制造成本高、妨礙秸稈排除。現有的立式秸稈粉碎還田機粉碎刀組數主要有兩組、三組和四組，為了得到合適的粉碎刀組數，對不同組數的粉碎刀進行數值仿真分析，得出P1面的湍流動能圖(圖5)。湍流動能大、湍流強度高將使機具內流場的湍流混合能力增強，提高粉碎刀的剪切率[21]。從圖中可以看出湍動能主要集中在粉碎片上，粉碎刀為兩組、三組和四組時湍流動能分別為242.703、135.016 m2·s-2和149.651 m2·s-2，可以看出粉碎刀為三組時湍流動能比兩組和四組分別高107.687、93.052 m2·s-2；大刀盤平均轉速 為43.355、36.841、40.764 m·s-1，小刀盤平均轉速為30.838、29.6999、28.2537 m·s-1，空氣密度為1.293 kg·m-3，空氣粘度為1.726×10-5Pa·s，將其代入公式(5)和(6)中得出大刀盤湍動強度分別為2.31%、2.36%、2.33%，小刀盤湍動強度分別為2.57%、2.61%、2.59%，可以看出粉碎刀為三組時大、小刀盤湍流強度最高；隨著粉碎刀組數的增加，兩組、三組和四組粉碎刀大刀盤的扭矩為22.852、29.341 N·m和34.782 N·m，小刀盤扭矩為3.504、4.986 N·m和6.631 N·m，扭矩的增加將削弱粉碎刀的壽命，綜合考慮粉碎刀組數為三組。

圖5 不同粉碎刀組數湍流動能云圖Fig.5 Turbulence kinetic energy cloud diagram of different grinding knife sets

(5)

(6)

式中,Re為雷諾數，ρ為空氣密度(kg·m-3)，v為平均速度(m·s-1)，L為刀盤直徑(m)，μ為空氣粘度(Pa·s)，I為湍流強度。

1.棉稈粉碎還田機;2.棉稈;3.地面1.Cotton stalk crushing and returning to field machine;2.Cotton stalk;3.Ground圖6 粉碎刀盤與地面夾角示意圖Fig.6 Schematic diagram of the angle between the shredder and the ground

2.2.3 粉碎刀盤與地面夾角的確定 棉稈粉碎還田機作業時，粉碎刀表面與粉碎后的根茬不斷地摩擦，降低了粉碎刀的使用壽命并增加了整機的振動，為了減弱這種現象，需要拖拉機在牽引過程中使粉碎刀盤與地面之間有微小的角度α(圖6)，通過對三維圖的測量得出，傾斜角度大于4°時，機架前后高度將明顯增大，增加留茬高度且留茬參差不齊，所以在立式棉稈粉碎還田機流場分析中分別設置α為2°、3°、4°，為了減小影響，保持其他設置參數不變。

對3種不同角度進行數值仿真分析得出P2面流線圖(圖7)，從圖中可以看出在刀盤上方流域3種角度均產生渦流，在刀盤下方流域夾角為3°時產生較多渦流，而夾角為4°時渦流最少且發生少量層流。夾角為2°、3°和4°時刀盤上層流域的平均速度分別為9.933、11.218、9.397 m·s-1，下層流域平均速度分別為20.731、22.540、20.393 m·s-1，入口空氣質量流量分別為0.941、1.361 kg·s-1和0.881 kg·s-1。可以看出夾角為3°時比2°和4°刀盤上層流域平均速度多1.285、1.821 m·s-1，下層流域平均速度多1.809、2.147 m·s-1，入口空氣質量流量多0.42、0.48 kg·s-1，表明夾角為3°時粉碎過程循環性較好，且粉碎室內氣流更多，從而提高粉碎質量，因此粉碎刀盤與地面夾角為3°。

圖7 不同粉碎刀與地面夾角流線圖Fig.7 Flow diagram of the angle between the different crusher and the ground

3 棉稈粉碎作業參數優化試驗

3.1 試驗材料

2019年10月17日至2019年10月27日，在新疆克拉瑪依烏爾禾區136兵團1分場進行田間試驗，試驗田地面略起伏。棉花品種為新陸早45號，測定范圍為5個行程(往返)，測定試驗條件如表2。

表2 試驗條件Table 2 Test conditions

試驗儀器主要包括：立式秸稈粉碎還田機，約翰迪爾854拖拉機、電子秤(精度0.0001 g)、含水率測定儀(精度0.01%)、土壤含水率測定儀(精度0.1%)、激光測距儀(精度1 mm)、空氣溫濕度測定儀等，試驗前用記號筆做好試驗序號。

3.2 試驗設計

3.2.1 試驗因素及試驗指標 根據GB/T24675.6-2009的標準[17]要求和樣機的預實驗結果，秸稈粉碎長度合格率和秸稈平均留茬高度為評價秸稈粉碎還田機粉碎效果的關鍵指標，因此選擇秸稈粉碎長度合格率(Y1)、秸稈平均留茬高度(Y2)為試驗評價指標。秸稈粉碎長度合格率主要受到機具前進速度和刀盤轉速的影響，秸稈留茬高度與機具前進速度、刀盤轉速和刀尖離地間隙有關。由于小刀盤上的轉速與大刀盤轉速成比例，所以選取機具前進速度(X1)、大刀盤轉速(X2)和刀尖離地間隙(X3)為試驗因素。試驗因素和水平如表3所示。

表3 試驗因素和水平Table 3 Test factors and levels

3.2.2 試驗指標計算方法

(1)秸稈粉碎長度合格率。在每個行程的測區長度方向上等間距選定3點，共15個測點，每個測點隨機測定1 m2，收集測定范圍內所有的秸稈，從中挑選出粉碎長度超過200 mm的秸稈進行稱重。計算每個測點秸稈粉碎長度合格率和工況平均值。

(7)

式中，i為測試點序號，Mzi為i測點合格秸稈質量(kg)，Mbi為i測點不合格秸稈質量(kg),Y1為工況秸稈粉碎長度合格率(%)。

(2)秸稈平均留茬高度。在每個行程的測區長度方向上測定3點，測定每點1 m×1 m范圍內所有秸稈留茬高度，然后計算每個測點和工況的平均留茬高度(Y2)。

3.3 試驗結果分析

試驗采用三因素三水平的二次回歸正交組合設計優化的試驗方法，一共進行17組試驗，每組試驗進行3次，取其平均值為試驗結果，試驗方案與結果如表4所示。

3.3.1 回歸模型與顯著性檢驗 應用Design-ExpertV8.0.6.1軟件對表4進行方差分析，去除回歸模型中顯著性>0.05的系數項，結果如表5所示。可以看出兩個模型顯著性檢驗P值均小于0.01，表明該模型具有統計學意義；失擬項用來表示模型與實驗擬合的程度，其P值均大于0.05，對模型有利，無失擬因素存在。決定系數R2的值為0.9608和0.9924，說明預測值與實際值相關度高[22]，模型擬合優度較好，可以用該回歸方程代替試驗真實點對實驗結果進行分析，試驗指標與因素之間的回歸模型如式(8)和(9)。

表4 試驗設計方案與結果Table 4 Experimental design and results

表5 試驗指標方差分析Table 5 Test index variance analysis

Y1=91.70-4.86X1+5.56X2-2.33X3+

(8)

Y2=77.40+3.02X1-4.91X2+6.53X3-

(9)

3.3.2 試驗因素對秸稈粉碎長度合格率的影響 由式(8)可以看出X1X2對Y1的影響顯著，固定刀尖離地間隙(X3=70 mm)在0水平，得出機具前進速度(X1)與大刀盤轉速(X2)交互作用對秸稈粉碎長度合格率(Y1)影響的響應曲面(圖8)。可以看出Y1隨著X2增大而增大，增長逐漸平緩；Y1隨著X1增大而減小，減小速度逐漸加快；沿X2方向變化速率比X1方向快，說明大刀盤轉速對秸稈粉碎合格率的影響較顯著。主要原因是隨著機具前進速度的增加，刀具與秸稈之間接觸的時間越來越短，在同樣的刀盤轉速下無法達到粉碎要求；隨著刀盤轉速的增加，對棉稈的切割次數增加，提高了秸稈粉碎合格率，當刀盤轉速約為1 400 r·min-1，秸稈粉碎合格率達到最大值。

圖8 機具前進速度和刀盤轉速對秸稈粉碎長度合格率的影響Fig.8 Influence of machine tool forward speed and cutter speed on the qualified rate of straw crushing length

3.3.3 試驗因素對秸稈平均留茬高度的影響 由式(9)可以看出X1X3和X2X3對Y2的影響顯著，其中X1X3比X2X3的交互作用更大。從圖9a可知，大刀盤轉速在0水平(X2=1 200 r·min-1)時，平均留茬高度隨著機具前進速度的增加逐漸增大，隨著刀尖離地間隙的增大而逐漸增加，相應曲面沿X3方向比沿X1方向變化稍快，說明刀尖離地間隙對平均留茬高度的影響更顯著。從圖9b可以看出，機具前進速度在0水平(X1=3.5 m·s-1)時，平均留茬高度隨著刀尖離地間隙的增加而增大，隨著大刀盤轉速的增加而減小，相應曲面沿X2方向的變化較慢；說明大刀盤轉速對平均留茬高度的影響小于刀尖離地間隙的影響。主要原因是前進速度增加，秸稈根部無法得到及時切割，或者根部無法被充分粉碎，提高了留茬高度，但是隨著大刀盤轉速的增加提高了切割率，使留茬高度降低；留茬高度越低，則需要刀尖所接觸到的棉稈根部越低，所以需要更小的刀尖離地間隙。

圖9 試驗因素對平均留茬高度的影響Fig.9 Influence of experimental factors on the average stubble height

3.4 參數優化與驗證

為了提高秸稈粉碎還田機作業質量和作業效率，對試驗指標的三因子二次回歸模型進行優化分析[23]，約束條件：(1)目標函數：Y1min≥85%，Y1 max≤80 mm；(2)試驗因素約束：X1∈[-1,1](機具前進速度3～4 m·s-1)；X2∈[-1,1](刀盤轉速900～1 500 r·min-1)；X3∈[-1,1](刀尖離地間隙60～80 mm)。優化后得出試驗因素最佳組合參數：機具前進速度為3.5 m·s-1,大刀盤轉速為1 200 r·min-1，對應的小刀盤轉速為1 380 r·min-1，刀尖離地間隙為70 mm。

優化后的立式秸稈粉碎還田機的作業性能指標為：秸稈粉碎長度合格率91.7%，平均留茬高度77.402 mm。

為了驗證其可靠性，采用最優組合結果進行3次田間試驗，取實驗結果平均值，田間試驗如圖10所示。試驗測得秸稈粉碎長度合格率為92.24%，秸稈平均留茬高度為74.63 mm，與預測值誤差分別為0.58%和3.71%，離散程度較小，因此該優化預測模型具有可靠性。

圖10 田間試驗Fig.10 Field trial

4 結 論

1)研制了一種立式秸稈粉碎還田機，通過大、小支撐輪實現了支撐整機作業的同時可以隨著路面的起伏進行仿形；通過大小不同刀盤的切割裝置和具有離合器的動力傳動裝置提高機具的穩定性和粉碎效率；通過折線形機架的設計可以提高秸稈粉碎質量。整機結構緊湊，能夠滿足66 cm+10 cm棉花種植模式作業要求，操作靈活。

2)Fluent仿真分析得出設計的折線型1機架相對于折線形2和弧線型機架使棉稈得到了充分地粉碎；粉碎刀組數為3組時湍流動能最高，扭矩相對較小，提高粉碎刀剪切效率和湍流強度；夾角為3°時，刀盤上下區域的平均速度較高，粉碎室內循環性較好，入口空氣質量流量更高。因此確定機架結構為折線形1、粉碎刀組數為3組、粉碎刀盤與地面之間的夾角為3°。

3)以機具前進速度、刀盤轉速和刀尖離地高度為影響因素，以秸稈粉碎長度合格率和平均留茬高度為評價指標，進行正交組合試驗，通過Design-ExpertV8.0.6.1軟件分析了影響評價指標的顯著因素，得到最優作業參數組合為：機具前進速度3.5 m·s-1、大刀盤轉速為1 200 r·min-1、小刀盤轉速為1 380 r·min-1、刀尖離地間隙為70 mm。通過田間試驗驗證，秸稈粉碎長度合格率為92.24%，平均留茬高度為74.63 mm。