本文是一篇综述性论文，题为《水射流切割技术在农业工程中的应用：综述》，由Dandan Cui、Hongwen Li、Jin He、Qingjie Wang、Caiyun Lu、Hongnan Hu、Xiupei Cheng和Chunlei Wang共同撰写，发表于2022年9月7日的《Applied Sciences》期刊上。该综述由来自中国农业大学、中凯农业与工程学院、山东理工大学等机构的研究人员合作完成，旨在探讨水射流切割技术在农业工程中的应用现状及其未来发展方向。
水射流切割技术是一种非接触式、冷切割技术，适用于切割多种农业材料。与传统切割技术相比，水射流切割具有无热影响、无需频繁更换刀具、绿色环保等优势，因此在农业工程中具有广泛的应用潜力。然而，由于农业材料的多样性及其对产品质量和安全性的高要求，水射流切割技术在农业领域的研究深度较低。本文综述了水射流切割技术在六类农业材料（蔬菜、水果、肉类、木材、茎秆和土壤）中的应用现状，分析了如何通过调整切割参数和射流介质来优化切割效果，并提出了未来研究方向。
水射流切割系统由供水装置、过滤装置、增压装置、喷嘴和工作对象组成。工作时，纯水经过过滤和压缩后与射流介质混合，形成工作流体，通过喷嘴喷射到工作对象表面，最终在连续冲击下完成切割操作。水射流切割技术主要包括纯水射流切割、磨料水射流切割（Abrasive Water Jet, AWJ）和液体射流切割三种类型。其中，磨料水射流通过添加固体磨料（如石榴石、盐颗粒、糖颗粒等）增强切割能力，而液体射流则通过混合液体介质（如消毒液、肥料等）实现特定功能。
水射流切割技术可用于蔬菜的收获和新鲜切割。研究表明，水射流切割能够有效控制切割后的褐变和微生物污染，且与传统刀具切割效果相当。例如，水射流切割生菜时能够抑制切割表面的褐变，且微生物数量较低。此外，液体射流切割技术还可通过添加消毒液避免微生物交叉污染。
水射流切割技术主要用于水果的采后加工（如去蒂、去皮、切块等），部分研究也探讨了其在田间收获（如甘蔗）中的应用。通过结合机器视觉和机器人技术，水射流切割能够实现水果的自动化处理，提高工作效率。
水射流切割技术在肉类加工中具有避免微生物交叉污染的优势。通过添加磨料（如盐颗粒、糖颗粒、冰颗粒等）或液体介质（如聚乙烯氧化物溶液），水射流切割能够提高切割能力，减少肉损。研究表明，磨料水射流切割能够在室温下完成肉类切割，减少预冷成本。
水射流切割技术在木材加工中表现出环保特性，能够减少粉尘和噪音。通过添加磨料，水射流切割能够改善木材切割的表面质量，降低表面粗糙度和切缝宽度。研究表明，切割压力、木材种类和切割方向对表面粗糙度有显著影响。
水射流切割技术可用于田间茎秆的防堵塞和除草。研究表明，水射流切割能够有效切断小麦和玉米茎秆，且通过添加磨料可以提高切割能力。然而，移动式水射流切割设备的重量和体积较大，可能对土壤造成压实，需进一步优化设计。
水射流切割技术可用于土壤切割以实现喷射施肥。研究表明，通过调整切割参数（如喷射压力、喷嘴直径、目标距离等），水射流切割能够将肥料注入土壤深处，减少氨和氮的挥发。然而，土壤切割的深度和速度仍需进一步优化。
水射流切割技术作为一种非接触式、冷切割方法，在农业工程中具有广泛的应用前景。通过调整切割参数和射流介质，水射流切割能够完成多种切割操作，改善切割能力，并控制切割后的影响。然而，水射流切割技术在农业领域的研究仍处于起步阶段，未来需要在以下方面进行深入研究： 1. 深化机理研究：通过模拟实验研究不同参数下的射流生成过程、切割过程及微观损伤，为实际操作提供参考。 2. 优化农业机械：减少水耗和喷射压力，设计适用于多种农业材料的切割设备。 3. 采用智能控制：结合机器视觉、图像处理、机器人技术等，实现切割效果的实时监测和切割参数的自动调整。
本文的亮点在于全面综述了水射流切割技术在六类农业材料中的应用现状，分析了不同射流介质和切割参数对切割效果的影响，并提出了未来研究方向。研究结果表明，水射流切割技术在农业工程中具有显著的优势，尤其是在避免热影响、减少刀具磨损和防止微生物污染方面。通过优化切割参数和射流介质，水射流切割技术能够显著提高切割效率和质量，为农业材料的加工提供了新的解决方案。
本文为水射流切割技术在农业工程中的应用提供了系统的综述，为研究人员提供了关键信息，并为未来的研究提供了参考。通过总结水射流切割技术在各类农业材料中的应用现状和问题，本文为农业机械的优化设计和智能控制提供了理论支持，具有重要的科学价值和应用前景。