牧草是畜牧业发展的基础和前提,具有丰富营养,其中苜蓿、王草等不仅可以直接供牛、马、羊等家畜食用,也可以经过调制加工成青贮饲料,用于代替精饲料。而我国牧草机械化收获水平与欧美国家相比还相对落后,因此,研究苜蓿、王草等饲草料的收获技术与装备特别是切割收获技术与装备显得尤为重要。由于往复式切割器切割速度较低,切割作物茎秆时容易堵塞,而圆盘刀式切割器又需要较高的转速,割刀寿命短。本文在研究苜蓿、王草力学特性的基础上研制了一种饲草料柔性切割试验台,并进行了样机试验,结果表明,切割速度适中,割茬质量良好,且不容易发生堵塞。本文首先利用万能试验机研究了苜蓿、王草茎秆的剪切、压缩、弯曲和拉伸力学特性。试验表明:苜蓿茎秆的力学特性受取样位置的影响。苜蓿茎秆剪切强度的最大平均值为6.55 MPa±0.79 MPa;径向压力和径向抗压强度最大平均值分别为38 N±3.56 N、1.3 MPa±0.165 MPa;弯曲力最大平均值为6.84 N±1.05 N,弯曲弹性模量的最大平均值为38.34 MPa±4.46 MPa;王草茎秆有节处单位直径剪切力和剪切强度的最大平均值分别为17.28 N/mm±1.07 N/mm、1.79 MPa±0.21 MPa;轴向抗压强度和轴向压缩弹性模量的最大平均值分别为3.64 MPa±0.83 MPa,89.32 MPa±16.30 MPa;抗弯强度和弯曲弹性模量的最大平均值分别为2.42 MPa±0.88 MPa、1344.71 MPa±503.75 MPa。王草无节部位单位直径的剪切力和剪切强度的最大平均值分别为26 N/mm±2.4 N/mm、3.92 MPa±0.58 MPa;轴向抗压强度的最大平均值为6.78 MPa±0.81 MPa,轴向压缩弹性模量的最大平均值为172.45 MPa±40.61 MPa;抗弯强度和弯曲弹性模量的最大平均值分别为3.51 MPa±0.61 MPa、3462.21 MPa±841.59 MPa。这为今后苜蓿、王草的收割和调制等机械装置的研制提供了数据支持。本文还观察了苜蓿的微观组织结构,结果表明,苜蓿茎秆下部表皮厚度大约在200μm～400μm左右,细胞间空隙直径在8.3μm左右,横向纤维连接紧密,维管束众多;苜蓿茎秆中部表皮厚度大约在50μm～75μm左右;细胞间空隙直径在25μm左右,横向纤维连接较为紧密,维管束较多;苜蓿茎秆上部的厚壁机械组织厚度不均匀,表皮厚度大约在16μm～58μm左右,细胞间空隙直径在40μm左右,横向纤维连接稀疏,维管束较少。然后通过三维扫描仪和逆向工程软件Geomagic Studio,借鉴国外某型自走式青贮饲料收获机上的动刀片和定刀片实体模型进行逆向重构,获得动、定刀片的三维模型后对其进行结构优化,并设计了一种用于柔性切割器的饲草料茎秆切割刀片。动刀片刀刃与切割方向夹角为40°,刃口角为30°,定刀片刀刃与切割方向夹角为17.5°,刃口角为25.7°,动、定刀片的刀刃张角为22.5°。其次通过查阅国内外相关文献,在对苜蓿、王草力学特性研究的基础上,研制了一种饲草料柔性切割试验台。本试验台主要由饲草料茎秆喂入装置、饲草料茎秆切割装置和数据采集系统等组成,可一次完成饲草料茎秆的喂入、切割和横向输送铺放等作业。试验台可模拟收割机在田间对饲草料茎秆的实际切割收获过程,同时可实时采集切割过程中的切割阻力扭矩和柔性切割驱动链轮转速等试验数据,进而计算出切割阻力和切割速度。试验台还可以调整切割倾角,便于研究不同切割倾角对茎秆切割性能的影响。本切割试验台的切割速度为0 m/s～15 m/s可调,茎秆喂入装置的喂入速度为0 m/s～4 m/s可调,茎秆横向的输送速度为0 m/s～2 m/s可调。最后在研制的试验台上对苜蓿、王草和桑条进行了切割试验,分析了切割速度、切割倾角和切割速比对其单位直径最大切割力的影响,并找到最优组合。结果表明:苜蓿、王草和桑条切割茬口平整,试验台不易发生堵塞。试验最优组合为切割速度10 m/s,切割倾角10°切割速比6.9,试验台基本达到设计要求。