针对摆动式割草机具作业时除草率低、切割阻力大、作业效率低、速度不匹配及能量利用率不佳等问题,本文以项目组自主研发的摆动式割草机具为对象,通过旋量法、ADAMS仿真及LS-DYNA仿真等手段,研究机具割刀转速、曲柄转速、牵引速度等运动参数与除草率、切割阻力等切割性能指标之间的关系,根据其影响规律优化得到最佳运动参数组合。本文研究内容及结论如下:(1)根据机具的工作原理及运动特性获取其运动学参考位形,基于旋量理论建立摆动式割草机具运动学模型,求解割刀轨迹及速度方程。基于运动学模型建立机具的横向与纵向速度匹配数学模型,得到横向、纵向速比与割刀结构参数的关系,并以此给出结构参数选择建议,通过ADAMS软件开展仿真试验对比仿真值与预测值。横向速度匹配研究表明横向最大速比分别随刀尖圆半径的增大呈近似线性规律变化;随刀根圆半径的增大而而减小;随刀刃倾角的增大而减小;随均布刀刃数目的增大而增大。纵向最大速比随刀尖圆半径与不可避漏割面积增大呈非线性增大。运动学仿真表明仿真试验值与理论预测值误差不超过5%。根据速度匹配研究结果,建议取刀尖圆半径160mm、刀根圆半径40mm、刀刃倾角45°、均布刀刃数目3以减少速比损失;结合机具实际结构,横向速比取0.117,纵向速度比取11.2mm/rad最佳。(2)基于LS-DYNA仿真软件建立机具可视化动态切割模型,并以此分析切割机理。通过单因素分析方法研究运动参数与切割力的关系,由二次回归正交设计方法开展仿真试验,得到切割力回归方程,以速度匹配、切割阻力、作业效率联合约束进行优化,并预测机具实地作业切割力。切割阻力研究表明切割阻力先增大后减小,在割刀与切割对象接触面积最大时最大。单因素分析结果表明最大切割力随割刀转速增大先减小再增大;随牵引速度增大而增大;随曲柄转速增大而增大。优化后的最大切割力为8.93N,相比未优化前减少23.29%,优化效果明显。(3)开展实地试验,设计科学试验方法,以称重法计算除草率,动静态分析仪测切割力,根据试验结果验证试验数据与理论预测值的一致性,从而验证所提理论的正确性与优化工作的有效性。试验结果表明速度匹配与切割阻力研究预测值与试验值误差均未超过10%,验证了理论研究的正确性与仿真工作的有效性。同时,相比未优化前,除草率提高17.6%,切割阻力减小18.42%,优化效果明显。根据试验结果,机具运动参数应为割刀转速3640r/min,曲柄转速350r/min,牵引速度0.31m/s,此时不仅能保证机具作业效率与作业质量,同时还能减小切割阻力与功率消耗。研究予期为摆动式、回转式割草机具的改进设计及实地作业提供技术指导。