近日，机械与电子工程学院宋月鹏教授团队在《Agriculture》上发表了题为“Study on the Bionic Design and Cutting Performance of Alfalfa Cutters Based on the Maxillary Mouthparts of Longicorn Beetles”的最新研究成果。宋月鹏教授、任龙龙博士为文章的通讯作者，机电学院硕士研究生马静怡为第一作者，我校为第一通讯单位。
苜蓿是一种优质的多年生饲草豆科植物，在全球范围内都有广泛的种植。苜蓿被誉为“牧草之王”，它不仅是动物饲料中的可消化纤维及蛋白质来源，还能作为轮作作物为土壤提供氮源，从而支持农业的可持续发展。研究表明，苜蓿再生能力及刈割周期与茎秆切割质量有极大关系，但是，我国目前使用的刈割刃具使用寿命短，对茎秆的切割阻力大，刃口磨损快而钝化，降低了收割效率和质量，同时茎秆切口粗糙，损伤严重，作物极易发生枯萎及病虫害，影响苜蓿的再生能力及产量，目前我国每年苜蓿进口量已达40%以上。
基于上述问题，宋月鹏教授团队采用仿生学原理，通过研究天牛下颚口器的结构与功能，设计了四种适用于苜蓿茎秆的切割刃具。研究团队利用有限元仿真技术及自制的茎秆切割力测控试验台，对仿生割刀进行结构特点与切割性能试验。结果显示，与传统的切割工具相比，相同作业条件下，四种仿生割刀的最大变形量降低了31.4%~64.1%；对苜蓿茎秆的最大切割阻力降低了28.6%~52.4%，茎秆切口损伤大大降低；台架正交试验表明，割刀种类、滑切角对茎秆的最大切割阻力有极显著影响（P<0.01），并获得了较优参数组合。
图1 本研究仿生原理及实验模拟情况
田间试验结果表明，采用传统割刀进行苜蓿刈割时，刃口极易钝化，茎秆损伤严重，延缓了切口的愈合进程，导致苜蓿再生周期延长，产量及品质下降。而仿生割刀能够形成自磨锐特性，茎秆切口光滑平整，愈合速度快，再生周期大为缩短，试验结果表明，仿生割刀在提高苜蓿再生能力和改善刈割质量方面具有显著优势。
宋月鹏教授指出，这项研究为作物收获机械关键零部件提供了新的设计方向。接下来，团队将在本研究结果的基础上，探索更多仿生原理在农业机械中的应用场景，为农业生产向高效、可靠、经济作业方向发展提供有力的技术支撑。
原文链接：https://doi.org/10.3390/agriculture14081302
编 辑：万 千
审 核：贾 波
