胡蘿卜聯合收獲機單圓盤對頂切割裝置設計與試驗

王金武 關 睿 高鵬翔 周文琪 唐 漢

(東北農業大學工程學院， 哈爾濱 150030)

0 引言

中國胡蘿卜產量與種植面積均居世界首位，但胡蘿卜收獲機械化程度極低，主要采用人工收獲[1-3]。部分地區采用馬鈴薯收獲機兼收胡蘿卜，在這種收獲模式下需后期人工撿拾切割胡蘿卜莖葉，收獲后胡蘿卜損傷率高，經濟損失大[4-6]。對頂切割是胡蘿卜收獲過程中的關鍵環節，其切割性能直接影響收獲后胡蘿卜的經濟價值[7]，切割后剩余莖葉過長，胡蘿卜易腐爛，胡蘿卜根莖受傷便無法出售。因此，設計高效的對頂切割裝置是保證胡蘿卜聯合收獲作業質量的基礎。

目前，國內外學者對對頂切割裝置進行了系列研究，按照切割方式可分為雙圓盤割刀式和拉拽桿式[8-10]。法國西蒙公司研制的Liner系列胡蘿卜聯合收獲機[11]和金鑫等[12]研制的雙行自走式胡蘿卜聯合收獲機均采用雙圓盤式切割裝置，兩圓盤割刀相對高速旋轉，完成胡蘿卜切割過程，割刀轉速可根據聯合收獲機行進速度進行調節，作業效率高，但兩圓盤割刀旋轉產生的振動影響切割效果，導致胡蘿卜根莖損傷率較高、莖葉切凈率較低，其中Liner系列收獲機損傷率和切凈率分別為18.4%和70.3%，雙行自走式收獲機損傷率為1.8%、切凈率為90.6%。曾功俊等[13]研制了拉拽桿式分離裝置，定性分析了相關參數對拉拽桿運動學特性的影響，解決了國外拉拽桿式分離裝置分離不徹底的問題，但裝置結構較為復雜，切割后胡蘿卜根莖損傷率為7.7%，莖葉切凈率為94%。

針對上述問題，本文基于仿生螳螂前肢脛節刃口曲線設計一種單圓盤對頂切割裝置。采用斜拉式拉齊方式，實現胡蘿卜莖葉精準拉齊，割刀刃口仿螳螂前肢曲線以更好地完成胡蘿卜莖葉夾持順勢切割過程，通過分析其工作原理，確定關鍵部件的結構參數。通過臺架試驗得到裝置最佳工作參數組合，并以此工作參數進行田間試驗驗證，以期實現低損傷率、高切割平整度和高莖葉切凈率的胡蘿卜機械化聯合收獲作業要求。

1 胡蘿卜基本物理特性

為合理設計對頂切割裝置，隨機選取常見胡蘿卜品種紅參7寸成熟期樣本200個，分別測量每個樣本的主要物理特性參數，如圖1所示。胡蘿卜總長度X1為490～790 mm，根莖長度X為110～240 mm，莖果結合部直徑d為9.04～14.21 mm，根莖最寬處直徑d1為21.13～57.24 mm,胡蘿卜莖葉被拉斷力A為87～346 N。

圖1 胡蘿卜物理特性示意圖Fig.1 Schematic of carrot physical properties

2 仿生單圓盤對頂切割裝置結構與工作原理

單圓盤對頂切割裝置主要由對齊基板(對齊左基板和對齊右基板)、對齊皮帶、仿生割刀(圓盤割刀和直割刀)、圓盤割刀齒輪軸等部件組成，如圖2所示。其中圓盤割刀和直割刀刃口曲線采用仿螳螂前肢脛節曲線結構設計，上下交疊安裝。

圖2 單圓盤對頂切割裝置結構圖Fig.2 Structural diagram of single disc to top cutting device1.圓盤割刀齒輪軸 2.圓盤割刀 3.對齊左基板 4.對齊皮帶 5.對齊右基板 6.對齊皮帶輔輪 7.直割刀 8.對齊皮帶主輪

圖3 單圓盤對頂切割裝置工作示意圖Fig.3 Operating diagram of single disc to top cutting device1.夾持輸送裝置 2.對齊基板 3.單圓盤切割機構 4.對齊皮帶

仿生單圓盤切割裝置工作過程主要包括莖葉聚緊拉齊及切莖兩個階段，其工作示意圖如圖3所示。工作時，由夾持輸送裝置將胡蘿卜向上運輸至對頂拉齊區，兩對齊基板間距離僅允許胡蘿卜莖葉通過，胡蘿卜根莖無法通過，在夾持輸送裝置及斜拉式對頂拉齊裝置共同作用下將胡蘿卜莖葉向斜上方聚緊拉齊至胡蘿卜莖果結合部。圓盤割刀在割刀齒輪軸的帶動下旋轉，與直割刀形成切割區，由夾持輸送裝置將拉齊后的胡蘿卜運輸至切割區，經兩割刀配合作用完成胡蘿卜莖果分離過程。

3 關鍵部件設計

3.1 斜拉式導向齊平對頂機構

斜拉式導向齊平對頂機構是單圓盤對頂切割裝置的關鍵部件之一，是胡蘿卜莖果分離的首要步驟，其作用是將胡蘿卜拉齊至莖果結合部，從而保證后續切割位置一致，對頂效果直接影響切割后胡蘿卜的根莖損傷率和莖葉切凈率[14-16]。本文設計了一種斜拉式導向齊平對頂機構，采用莖葉斜向拉齊及強制導向原理，滿足胡蘿卜有效排序喂入條件，提高了對胡蘿卜莖葉的對齊效果。

如圖4a所示，導向齊平對頂機構由對齊左基板、對齊右基板、對齊皮帶和對齊皮帶輪組成。在兩對齊基板和夾持輸送皮帶配合作用下拉齊胡蘿卜莖葉，與此同時對齊皮帶將胡蘿卜莖葉聚集束緊。其結構參數主要包括兩對齊基板最小間距l、拉齊區長度L、右對齊基板斜邊角度θ和對齊基板與夾持輸送皮帶距離l0。

圖4 斜拉式導向齊平對頂機構結構簡圖Fig.4 Cable-stayed guide flush flat structure diagrams1.對齊左基板 2.對齊皮帶 3.對齊皮帶輪 4.對齊右基板

如圖4b所示，導向齊平對頂機構結構參數主要與所夾持的胡蘿卜物理參數有關，兩對齊基板間距過大，切割時易損傷根莖，間距過小，胡蘿卜無法順利運輸至切割區[17-18]，其設計應滿足l>d。根據胡蘿卜物理特性可知，胡蘿卜莖果結合部直徑d為9.04～14.21 mm。設計兩對齊基板最小間距l=15 mm。為保證胡蘿卜莖葉逐漸聚緊進入拉齊區，同時減少拐角處胡蘿卜碰撞損傷，設計拉齊傾斜角即對齊右基板斜邊角度θ=15°。

胡蘿卜莖葉被上拉長度和拉齊區長度是影響拉齊效果的主要因素，在胡蘿卜輸送速度一定條件下，莖葉被上拉長度增加，則拉齊區長度增加，莖葉與對齊基板間摩擦時間增大，切割后胡蘿卜平整度降低。為保證胡蘿卜莖葉拉齊效果，建立胡蘿卜莖葉被上拉長度和拉齊區長度數學模型

(1)

其中

l1=Lsinθ

(2)

將式(1)和式(2)合并得

(3)

式中l1——夾持輸送皮帶至對齊右基板外邊緣投影距離，mm

b——胡蘿卜莖葉被上拉長度，mm

如圖4b所示，對齊基板與夾持輸送皮帶距離l0與對齊皮帶輪高度h0、夾持輸送皮帶導向輪高度h1有關，其設計應滿足l0>h0+h1，本設計選用對齊皮帶為B型皮帶，選型配套B型皮帶輪高度h0=30 mm；夾持輸送皮帶選用雙聯SPB型皮帶，選型配套SPB型皮帶輪高度h1=65 mm，設計l0=110 mm。因此將式(3)進一步簡化得

(4)

前期拔取過程中胡蘿卜莖葉夾持高度范圍為0～150 mm，因l0=110 mm，故拔取時夾持高度范圍為110～150 mm，切割后胡蘿卜莖葉剩余長度0～30 mm合格，胡蘿卜莖葉被上拉長度范圍為0～40 mm，為保證所有胡蘿卜切割后剩余莖葉長度達標且耗材最少，設計胡蘿卜莖葉被上拉長度b=10 mm，則拉齊區長度L=185 mm。

3.2 仿生動、定刀片設計

割刀是仿生單圓盤對頂切割裝置的核心工作部件，其決定切割后胡蘿卜根莖損傷率、莖葉切凈率和莖葉切口是否平整。鋸齒式切割器鉗住莖稈能力強，切割質量好，同一速度條件下比較砍切和滑切，鋸切方式切割阻力最低，刃口鋸齒能夠輕易鋸開莖葉表皮，逐步切斷莖葉[19-20]。螳螂作為昆蟲界最優秀的捕食者，其足上尖銳的鋸齒狀倒刺可協助其迅速捕食切割體積大于其數倍的獵物[21-22]，該鋸齒結構形狀對胡蘿卜割刀設計有重要指導意義。

3.2.1仿生螳螂切割曲線提取

根據仿生學理論，以螳螂前肢為原型，通過提取螳螂脛節外輪廓曲線，將鋸齒狀曲線應用于動、定割刀刃上，以期達到割刀高效切割效果。將螳螂前肢樣品置于體式顯微鏡下觀察，所得輪廓結構如圖5a所示。對圖5a前肢脛節使用Matlab軟件中高斯濾波函數命令消除原始圖像噪聲，其次采用Sobel算法對圖像進行邊緣檢測，使用非極大值抑制函數命令抑制除去最大值之外所有梯度值，最后使用滯后閾值處理命令設置上閾值120、下閾值100，完成螳螂前肢脛節邊緣提取，所得輪廓曲線清晰完整，如圖5b所示，與原圖對比基本一致。

圖5 螳螂前肢脛節輪廓曲線Fig.5 Outline curves of tibia of mantis forelimb

為保證割刀快速高效切割胡蘿卜莖葉，選取螳螂前肢脛節切割齒中主切割齒進行曲線擬合優化，依據曲線連續性原則，將曲線按照x軸單調性分為曲線1和曲線2，使用Origin軟件分別對兩條曲線進行三次項方程式擬合，擬合后曲線如圖6所示，曲線1和曲線2的擬合方程為

y1=-0.623 36x3+2.447 16x2-2.628 52x+
1.182 55

(5)

y2=28.213 02x3-146.144 2x2+253.302 17x-
146.431 9

(6)

擬合度分別為0.996 4和0.992 7，擬合精度高，符合加工要求。

圖6 螳螂前肢脛節主切割齒擬合曲線Fig.6 Fit curves of tibia major cutting tooth of mantis forelimb

3.2.2圓盤動割刀主要結構參數確定

將仿生擬合曲線應用至圓盤動割刀上，如圖7所示。圓盤割刀的主要結構參數包括圓盤刀直徑D、齒數z、齒深h、刃角α等。

圖7 圓盤割刀結構參數示意圖Fig.7 Structural diagram of parameters of disc cuter

為保證圓盤割刀齒均勻分布于刀盤邊緣，避免設計產生半齒，建立圓盤割刀直徑與圓盤割刀齒數數學模型

πD=jx1z

(7)

(8)

式中j——圓盤割刀螳螂前肢脛節主切割齒擬合曲線等比放大倍數

x1——放大前螳螂前肢脛節主切割齒擬合曲線寬度，取1.2 mm

y1——放大前螳螂前肢脛節主切割齒擬合曲線高度，取0.4 mm

為保證圓盤割刀齒順利切割，齒高應大于等于胡蘿卜莖果結合部直徑，根據胡蘿卜物理特性，其直徑最大值為14.21 mm，故h≥14.21 mm，設計齒深h=15 mm。則螳螂前肢脛節主切割齒擬合曲線放大倍數j=37.5。式(7)整理得

(9)

圓盤刀轉速一定時，刀盤直徑越大，同等時間內切割經過齒數越多，切割效果越好，根據圓盤刀安裝位置最佳原則，設計圓盤刀直徑D=300 mm，則圓盤刀齒數z=21。圓盤刀刃角越小，刃口越鋒利，切割效果越好，但刃角過小會降低圓盤刀剛度，易發生爬刀現象，刃角最佳范圍為10°～15°[23-26]，為保證圓盤刀切割質量設計圓盤刀刃角α=10°。

3.2.3圓盤割刀轉速范圍確定

為保證圓盤割刀順利切割，胡蘿卜莖葉經過切割區所用時間應大于圓盤割刀轉過1齒所用時間，建立圓盤割刀轉速與圓盤割刀齒數數學模型

(10)

式中n——圓盤割刀轉速，r/min

vc——夾持輸送皮帶線速度，m/s

3.2.4直割刀設計

將仿生擬合后曲線等比放大應用至直割刀刃口上，如圖8所示。直割刀主要結構參數為直割刀齒深H1。直割刀刃長過短，胡蘿卜莖葉無法全部喂入切割，易造成秧切不斷和擁堵現象，為保證直割刀刃全部參與切割，直割刀齒深H1應大于胡蘿卜莖果結合部直徑，同時為保證兩割刀交錯安裝，避免漏切現象，直割刀齒深應大于圓盤割刀齒深，即H1>15 mm，設計H1=17 mm，則螳螂前肢脛節主切割齒擬合曲線放大倍數j1=42.5。

圖8 直割刀結構參數示意圖Fig.8 Structural diagram of parameters of straight cuter

4 動、定割刀力學及運動學分析

4.1 力學分析

為驗證仿生割刀滿足胡蘿卜被高效切斷條件，將莖葉被切割平面簡化為圓形，割刀切割過程中，莖葉受到夾持輸送皮帶拉力T，垂直于兩割刀刃口法向力N1和N2，平行于兩割刀刃口摩擦力f1和f2，如圖9所示。為保證胡蘿卜莖葉進入切割區時被一次切斷，莖葉不向外滑動，建立莖葉夾持力學模型

(11)

式中γ——圓盤動割刀切割角，(°)

ε——直割刀切割角，取35°

μ為胡蘿卜莖葉與割刀摩擦因數，經試驗測定為0.3～0.6，莖稈切割阻力為22～50 N，式(11)整理得

(12)

胡蘿卜莖葉被拉斷力A為87～346 N，則夾持輸送皮帶拉力T應滿足T

圖9 切割點受力分析圖Fig.9 Force analysis diagram of cutting point

4.2 運動學分析

為驗證仿生圓盤割刀切割效果優于現有胡蘿卜聯合收獲機圓盤割刀，將圓盤割刀旋轉中心設為坐標系原點，機器前進方向為y軸方向，x軸水平垂直于機器前進方向，vn為圓盤割刀運動線速度，β為圓盤割刀滑切角，如圖10所示。滑切角與螳螂前肢脛節曲線鋸齒角相同，即β=55°，滑切角越大，切割阻力越小，切割效果越好[27]，仿生圓盤割刀滑切角大于現有胡蘿卜聯合收獲機圓盤割刀滑切角[28]，滑切效果更優。

圖10 切割點運動示意圖Fig.10 Diagram of cutting point movement

豎直方向合速度vy是影響胡蘿卜切割效果的主要因素，vy過大胡蘿卜經切割區時間過短，刀具無法及時切割，切凈率降低；vy過小胡蘿卜莖葉與機具摩擦時間過長，切割平整度降低。對任一單根胡蘿卜切割過程進行運動學分析，建立運動點數學模型

(13)

式中vm——機器前進速度，取0.7 m/s

φ——圓盤割刀與地面安裝傾角，取30°

φ——切割點初始角度，(°)

t——切割時間，s

由式(13)可知，圓盤割刀轉速n和夾持輸送皮帶線速度vc是影響豎直方向合速度vy變化的主要因素，因此在本文試驗階段選取圓盤割刀轉速和夾持輸送皮帶線速度為試驗因素，進行正交旋轉組合試驗，得出最佳工作組合參數。鑒于夾持輸送皮帶線速度測定難度大、準確率低，為提高試驗可操作性及準確性，本研究選取夾持輸送皮帶輪轉速為試驗因素。

5 試驗與結果分析

5.1 試驗條件

為確定單圓盤對頂切割裝置最佳工作組合參數，于2019年10月3日在東北農業大學農具實驗室進行了臺架試驗(圖11)。試驗品種選擇紅參7寸，胡蘿卜物理特性見上文。試驗時由電機為夾持輸送裝置提供動力，將胡蘿卜向上運輸至單圓盤對頂切割裝置，裝置固定在胡蘿卜夾持輸送裝置下方，圓盤割刀齒輪軸帶動圓盤割刀旋轉，完成胡蘿卜的莖葉切割過程。

圖11 胡蘿卜對頂切割試驗裝置Fig.11 Test device for carrot top cutting1.夾持輸送皮帶 2.仿生單圓盤對頂切割裝置 3.機架 4.圓盤割刀齒輪軸

5.2 試驗因素與指標選取

由理論分析可知，夾持輸送皮帶線速度和圓盤割刀轉速是影響胡蘿卜切割質量主要因素，為減小試驗誤差，選取夾持輸送皮帶輪轉速與圓盤割刀轉速為試驗因素。胡蘿卜根莖是否損壞、莖葉切口是否規整是決定胡蘿卜經濟價值的主要因素。由田間調查可知，切割后剩余胡蘿卜莖葉長度大于3 cm會導致胡蘿卜腐爛速度加快，不利于胡蘿卜儲存。故選取胡蘿卜根莖損傷率y1、莖葉切凈率y2、切割平整度y3為評價指標。如圖12a所示，胡蘿卜莖果結合部處表皮脫落、果肉組織有破損均為損傷；如圖12b所示，切割后胡蘿卜莖葉剩余長度大于3 cm即為切不凈；如圖12c所示，扣除切不凈莖葉后，切割平面凹凸不平即為切割不平整。

圖12 胡蘿卜切割不合格示意圖Fig.12 Diagrams of unqualified carrot cutting

5.3 試驗內容與方法

分別對夾持輸送皮帶輪轉速和圓盤割刀轉速進行單因素預試驗，皮帶輪轉速范圍60～144 r/min，圓盤割刀轉速范圍105～165 r/min。在此基礎上，采用二因素五水平二次旋轉組合設計試驗以確定仿生單圓盤對頂切割裝置最佳組合參數，試驗因素編碼如表1所示。試驗時選取同一時期于同一試驗田種植生長，經人工篩選大小一致胡蘿卜為試驗樣本，將胡蘿卜30根為一組，每個試驗方案重復3次，試驗方案與結果如表2所示。

5.4 試驗結果與分析

試驗參數設計值與實際值誤差小于1.2%，可近似以夾持輸送皮帶輪轉速和圓盤割刀轉速的設計值對結果進行分析。通過Design-Expert 8.0.6 軟件對試驗數據進行回歸分析和因素方差分析，篩選出較為顯著因素，進而得出性能指標與因素編碼值間的回歸方程

表1 試驗因素編碼Tab.1 Coding of experimental factors

表2 試驗方案與結果Tab.2 Test schemes and results

(14)

(15)

(16)

式中X1——夾持輸送皮帶輪轉速編碼值

X2——圓盤割刀轉速編碼值

為更直觀分析試驗指標與因素間關系，運用Design-Expert 8.0.6軟件得到響應曲面，如圖13所示。根據上述回歸方程和響應曲面圖可知，對頂切割裝置圓盤割刀轉速與夾持輸送皮帶輪轉速存在交互作用。由圖13a可知，圓盤割刀轉速一定，根莖損傷率隨輸送皮帶輪轉速升高逐漸降低；輸送皮帶輪轉速一定，根莖損傷率隨割刀轉速升高逐漸降低；在對齊切割過程中造成胡蘿卜根莖損傷主要原因為根莖與對齊切割裝置的碰撞，胡蘿卜被輸送及切割時間越短，其與裝置碰撞時間越短，根莖損傷率越小。由圖13b可知，圓盤割刀轉速一定，切凈率隨輸送皮帶輪轉速升高逐漸降低；輸送皮帶輪轉速一定，切凈率隨割刀轉速升高逐漸升高；輸送皮帶輪轉速升高，導致胡蘿卜喂入速度升高，在圓盤割刀轉速不變條件下，當胡蘿卜喂入速度與割刀切割速度比過大時，部分胡蘿卜莖葉未被割刀及時切割即被帶離切割區，切凈率降低；輸送皮帶輪轉速不變，割刀轉速升高，胡蘿卜莖葉經切割區時被割刀齒切割次數增多，降低部分胡蘿卜莖葉未被切割即因自身重力被拉斷概率，切凈率升高。由圖13c可知，圓盤割刀轉速一定，平整度隨輸送皮帶輪轉速升高先增大后減小；輸送皮帶輪轉速一定，平整度隨割刀轉速升高逐漸增大；輸送皮帶輪轉速過低，拉齊時胡蘿卜莖葉與切割裝置作用時間長，外圍胡蘿卜莖葉未進入切割區即被磨損，莖葉被切割后切面平整度低；輸送皮帶輪轉速過高，胡蘿卜喂入速度與圓盤割刀轉速比過大，致使部分胡蘿卜莖葉經過切割區時未經割刀及時切割便被拉斷，降低切割平整度；輸送皮帶輪轉速不變，割刀轉速升高，胡蘿卜莖葉與刀具作用時間降低，減少胡蘿卜莖葉未被切割即受其重力被拉斷現象，切割平整度上升。

圖13 各因素對試驗指標的響應曲面Fig.13 Response surfaces of all factors on seeding qualified index

5.5 試驗優化與驗證

為得到試驗因素最佳水平組合，對試驗因素進行優化設計。建立參數化數學模型，結合試驗因素的邊界條件，對胡蘿卜根莖損傷率、莖葉切凈率、切割平整度的回歸方程進行分析，得到其非線性規劃的數學模型

(17)

選用Design-Expert 8.0.6軟件優化模塊完成各評價指標的參數優化，當胡蘿卜夾持輸送皮帶輪轉速為112.58 r/min，圓盤割刀轉速為156.21 r/min時，對頂切割裝置性能最優，其損傷率為0.36%、切凈率為94.53%、平整度為92.86%。考慮到試驗的可操作性，將優化的試驗條件調整為：輸送皮帶輪轉速113 r/min，圓盤割刀轉速為156 r/min。試驗重復3次取平均值，根莖損傷率為0.53%、切凈率為95.41%、平整度為94.10%，與預測值基本一致，試驗時少量胡蘿卜在拉齊后與割刀盤存在夾角，但切割后產生的誤差在可接受范圍內。

5.6 田間性能試驗

5.6.1試驗條件及方法

為檢驗所設計的單圓盤對頂切割裝置的作業性能，結合臺架試驗優化結果，于2019年10月5日在黑龍江省哈爾濱市慶豐村進行田間性能試驗，胡蘿卜品種為紅參7寸，種植壟距為680 mm，行距為12 mm，株距為10～12 mm。經檢測，收獲時氣溫為18℃，土壤類型為黑壤土，試驗現場如圖14所示。

圖14 田間性能試驗Fig.14 Field performance test

機器行進速度設定為0.7 m/s，輸送帶皮帶輪轉速113 r/min，圓盤割刀轉速156 r/min，每次試驗收獲距離30 m(前、后準備調試區各10 m，測試區10 m)，重復10次，分別記錄每次試驗收獲胡蘿卜總株數，切割后胡蘿卜損傷數、切凈數和切面平整數，將試驗數據記錄后計算平均值。

5.6.2田間試驗結果

根據試驗數據計算獲得對頂切割裝置田間試驗結果為：損傷率0.61%、莖葉切凈率94.93%、切割平整度92.91%。

田間試驗結果表明，同一工況條件下田間試驗作業質量略低于臺架試驗。由于田間作業時受地況影響致使胡蘿卜在夾持運輸及切割過程中產生不規則運動，降低裝置對齊切割效果，但誤差在可接受范圍內，整體裝置工作效果較好。

6 結論

(1)設計了胡蘿卜聯合收獲機對頂切割裝置，可實現高效切割作業，切割后滿足胡蘿卜切割平整度和莖葉切凈率高、損傷率低的要求，減小了收獲后的經濟損失。

(2)以胡蘿卜基本物理特性為基礎，通過理論計算設計了斜拉式對頂拉齊機構，實現了胡蘿卜莖葉的精準拉齊，應用Matlab軟件提取優化了螳螂前肢脛節曲線，并將其應用至切割裝置圓盤動割刀及直割刀刃口上，確定了圓盤刀及直割刀的關鍵結構參數，通過力學分析驗證了切割裝置滿足胡蘿卜被精準切斷的條件，通過運動學分析確定試驗因素為圓盤割刀轉速和夾持輸送皮帶輪轉速。

(3)采用二次正交旋轉組合設計試驗，建立了胡蘿卜切割指標與試驗因素間的數學模型，通過響應曲面圖得出試驗因素與切割指標影響趨勢和交互關系。運用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗結果進行分析，對回歸數學模型進行多因素優化，并根據優化結果進行田間及臺架試驗驗證，得出最優參數組合為胡蘿卜夾持輸送皮帶輪轉速113 r/min、圓盤割刀轉速156 r/min，此時對頂切割裝置性能最優，其損傷率為0.53%、切凈率為95.41%、平整度為94.10%，田間試驗結果與優化結果基本一致，能夠滿足胡蘿卜機械化聯合收獲農藝要求。