近日，機械與電子工程學院宋月鵬教授團隊在《Agriculture》上發表了題為“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。宋月鵬教授、任龍龍博士為文章的通訊作者，機電學院碩士研究生馬靜怡為第一作者，我校為第一通訊單位。

苜蓿是一種優質的多年生飼草豆科植物，在全球范圍內都有廣泛的種植。苜蓿被譽為“牧草之王”，它不僅是動物飼料中的可消化纖維及蛋白質來源，還能作為輪作作物為土壤提供氮源，從而支持農業的可持續發展。研究表明，苜蓿再生能力及刈割周期與莖稈切割質量有極大關系，但是，我國目前使用的刈割刃具使用壽命短，對莖稈的切割阻力大，刃口磨損快而鈍化，降低了收割效率和質量，同時莖稈切口粗糙，損傷嚴重，作物極易發生枯萎及病蟲害，影響苜蓿的再生能力及產量，目前我國每年苜蓿進口量已達40%以上。

基于上述問題，宋月鵬教授團隊采用仿生學原理，通過研究天牛下顎口器的結構與功能，設計了四種適用于苜蓿莖稈的切割刃具。研究團隊利用有限元仿真技術及自制的莖稈切割力測控試驗臺，對仿生割刀進行結構特點與切割性能試驗。結果顯示，與傳統的切割工具相比，相同作業條件下，四種仿生割刀的最大變形量降低了31.4%~64.1%；對苜蓿莖稈的最大切割阻力降低了28.6%~52.4%，莖稈切口損傷大大降低；臺架正交試驗表明，割刀種類、滑切角對莖稈的最大切割阻力有極顯著影響（P<0.01），并獲得了較優參數組合。

圖1 本研究仿生原理及實驗模擬情況

田間試驗結果表明，采用傳統割刀進行苜蓿刈割時，刃口極易鈍化，莖稈損傷嚴重，延緩了切口的愈合進程，導致苜蓿再生周期延長，產量及品質下降。而仿生割刀能夠形成自磨銳特性，莖稈切口光滑平整，愈合速度快，再生周期大為縮短，試驗結果表明，仿生割刀在提高苜蓿再生能力和改善刈割質量方面具有顯著優勢。

宋月鵬教授指出，這項研究為作物收獲機械關鍵零部件提供了新的設計方向。接下來，團隊將在本研究結果的基礎上，探索更多仿生原理在農業機械中的應用場景，為農業生產向高效、可靠、經濟作業方向發展提供有力的技術支撐。

原文鏈接：https://doi.org/10.3390/agriculture14081302

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波