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学术前沿 | 南京林业大学商庆清教授等:竹鞭旋切刀筒参数优化与性能试验研究

2026-05-09 13:02:06

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论文基本信息

题目：竹鞭旋切刀筒参数优化与性能试验研究

作者：商庆清，吴玉杰，李杰，周兆兵，袁少飞

第一作者简介：商庆清，男，1965年生，山东济宁人，硕士，教授；研究方向为机械设计及理论。E-mail: qqshang@njfu.edu.cn

通讯作者简介：周兆兵，男，1975年生，江苏扬州人，博士，高级实验师；研究方向为木竹材加工装备及过程自动化。E-mail: zbzhou@njfu.edu.cn

第一作者单位：南京林业大学机械电子工程学院

基金项目：国家林草装备科技创新园研发攻关项目（2023YG04）

引文信息：商庆清, 吴玉杰, 李杰, 等. 竹鞭旋切刀筒参数优化与性能试验研究[J]. 中国农机化学报, 2026, 47(3): 238-242, 250.

Shang Qingqing, Wu Yujie, Li Jie, et al. Optimization of parameters and experimental study on performance of bamboo basket rotary cutting knife barrel [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2026, 47(3): 238-242, 250.

DOI: 10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2026.03.032（点击跳转知网阅读）

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摘要

为研究刀具旋切性能的影响因素，建立竹鞭切削力学模型，并引入旋切阻力系数K作为评价指标。设计并搭建旋切刀具性能测试平台，开展竹鞭切割试验，采用Box—Benhnken中心组合试验方法，以旋切直径、齿距和旋切速度为输入参数，以平均旋切阻力系数为响应值，构建多元回归模型并分析各因素及其交互作用。结果表明，旋切阻力系数K的影响顺序为齿距＞旋切直径＞旋切速度。优化得到的工作参数组合：旋切直径为121 mm、齿距为8.47 mm、旋切速度为400 r/min，此时，旋切阻力系数为7.1。为竹鞭切割工艺的优化及相关装备设计提供理论参考。

关键词

竹鞭；旋切刀筒；旋切性能；旋切阻力系数；Box—Benhnken中心组合试验；响应曲面

研究目的与方法

毛竹是中国最广泛种植且经济价值最高的竹种。毛竹在生态、建筑、艺术和生产等多个领域发挥着重要作用。毛竹是一种单轴散生型竹子，其地下鞭根系统主要由竹蔸、竹鞭、鞭根和竹根所构成，而且毛竹种植地多位于山地丘陵地区，大规模处理采伐后遗留的竹蔸变得非常困难。竹蔸具有很高的经济价值，不仅可以加工成工艺品，还是制作活性炭的良好材料。在挖掘竹蔸时需要先将其分支也就是竹鞭砍断，仅依靠人工挖掘这些竹鞭需要耗费大量时间和精力，效率低下，对机械的挖竹鞭装备需求日益迫切。明确竹鞭旋切刀筒参数对挖掘竹鞭装备研发具有重要的指导意义。

目前，机械清理竹蔸的方法主要包括起拔式、铲除挖掘式和旋切式等。这些方法在工作过程中都需要将连接竹蔸的竹鞭、鞭根、竹根切断，才能完整挖出竹蔸。然而，针对竹鞭的旋切机理和旋切性能的相关研究尚未开展。基于此，本文以毛竹竹鞭为研究对象，在自主设计的竹鞭旋切试验平台上进行不同刀具参数下的旋切性能研究，以旋切阻力系数为指标，验证不同旋切直径、齿距和旋切速度下的刀具旋切性能。