摘要香蕉是世界四大水果之一，在国际鲜果市场上占有很重要的比重。在我国，香蕉主要种植在海南、云南、福建、两广等热带、亚热带地区，香蕉是一种经济作物，对当地农村的经济建设和地区发展有着十分重要的意义。香蕉果实收获后，留下大面积的香蕉树成为了农业废弃物。据研究表明，在香蕉茎秆、叶片中含有大量有利于香蕉生长有机物氮、磷、钾及微量元素，是一种天然的有机化肥源。如果在香蕉采摘完后利用农机具直接将香蕉树粉碎还田，不仅可以改善香蕉地土壤结构，增强土壤肥力，提高香蕉产量，而且可以减少种植成本，提高经济效率。目前国内香蕉种植业机械化程度较低，配套的农机具较少且处在研发优化阶段，所以当前蕉农对香蕉树的处理基本上是通过人工砍伐成小段搬置于田间地头自行腐烂，但这种处理方式不仅污染蕉园种植环境，而且会引发病虫害给蕉园带来隐患，而随着香蕉种植面积的增加，香蕉秸秆废弃物处理也成了一个制约香蕉产业发展的瓶颈问题。基于此，本文结合理论分析、虚拟样机技术和正交试验三种方法，对海南大学研制的立式香蕉秸秆粉碎还田机的进行优化改进，主要研究内容为：（1）运用统计学分析与实地调查的方法，研究香蕉的生物特性及力学特性。通过分析香蕉假茎的种植方式、结构与形状，为整机参数的设计提供参考；通过分析香蕉假茎抗剪切强度的力学特性，为粉碎装置的设计提供理论基础。（2）基于仿生学原理，模仿狼爪轮廓形态，优化设计香蕉秸秆粉碎刀片的刀刃曲线；从运动学仿生角度出发，在充分研究狼爪收缩运动规律的基础上，获取狼爪运动曲线方程，将其应用在秸秆粉碎刀刀尖点运动轨迹设计上。（3）田间试验。制定试验方法，以香蕉秸秆粉碎率、秸秆覆盖率和生产率等试验指标，利用数据处理软件SPSS，结合正交试验方案，通过极差和方差分析方法，确定机具结构参数与运动参数的最优组合、分析各因素的交互影响。研究得到机具的重要参数的最优组合为拖拉机前进速度为3m/s，粉碎刀辊转速为1650r/min，秸秆粉碎刀厚度为12mm进行田间试验，对应的试验指标分别为：秸秆粉碎率为90.6%，覆盖率为90.5%。关键词：香蕉秸秆；粉碎还田；形态仿生；运动仿生；耦合仿生；正交试验AbstractBananaisoneoftheworld'sfourmajorfruits,andithasaveryimportantproportionintheinternationalfreshfruitmarket.InChina,bananasaremainlygrownintropicalandsubtropicalregionssuchasHainan,Yunnan,Fujian,andGuangdong.Bananasareaneconomiccropandareofgreatsignificancetotheeconomicconstructionandregionaldevelopmentoflocalruralareas.Afterthebananafruitisharvested,alargeareaofbananatreesisleftasagriculturalwaste.Accordingtoresearch,bananastalksandleavescontainalargenumberoforganicnitrogen,phosphorus,potassiumandtraceelementswhicharebeneficialtobananagrowth.Itisanaturalsourceoforganicfertilizer.Ifthebananatreeisdirectlycrushedandreturnedtothefieldafterthebananaisharvested,itcannotonlyimprovethesoilstructureofthebananaland,enhancethesoilfertility,increasethebananayield,butalsoreducetheplantingcostandimprovetheeconomicefficiency.Atpresent,thedomesticbananaplantingindustryhasalowdegreeofmechanization,andthesupportingagriculturalmachineryislessandisinthestageofresearchanddevelopmentoptimization.Therefore,thecurrentbananafarmers’treatmentofbananatreesisbasicallybyself-deforestationintosmallsectionsandplacedonthefieldstorotthemselves.Thistreatmentnotonlypollutestheplantingenvironmentofthebananaplantation,butalsocausespestsanddiseasestobringhiddendangerstothebananaplantation.Withtheincreaseofbananaplantingarea,thetreatmentofbananastrawwastehasbecomeabottleneckrestrictingthedevelopmentofthebananaindustry.Basedonthis,thispapercombinestheoreticalanalysis,virtualprototypingtechnologyandorthogonalexperimenttooptimizeandimprovetheverticalbananastrawcrushingandreturningma...
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