油菜是仅次于大豆的第二大油料作物,中国是世界油菜种植大国,其产量占世界总量的1/3。机械化联合收获是解决人工收获油菜效率低、劳动强度大、成本高等实际问题,提高生产效率的重要途径之一。为提高油菜联合收获机的适应性,结合适收期油菜种植密度与植株个体差异等生物学特性,研制了一种4LYZ-1.8型油菜联合收获机。该机主要由分体组合式割台、定向输送装置、纵轴流脱粒分离装置、旋风分离清选系统与液压驱动系统、控制系统和行走系统等组成。本文分析确定了4LYZ-1.8型油菜联合收获机的工艺方案和工作过程及其技术参数;针对联合收获机收获油菜时因油菜茎秆高粗和存在缠绕堵塞的现象,提出了具有茎秆切割、输送、复切功能的分体组合式割台及其复切输送器间隙自适应调节机构;针对现有联合收获机上链耙式输送器结构复杂、输送路程长等实际问题,设计了定向输送装置与纵轴流脱粒分离装置集成为一体,并开展了整机功能试验和田间性能测试。具体研究内容包括:(1)开展适收期油菜植株生物学特性测试与分析。包括适收期油菜种植密度、行距和株距等参数分布特征的测试,得出适收期油菜植株高度、单株质量、最低分枝离地高度、底荚高度、植株重心位置、主茎秆直径、最大角果层直径和油菜与接触材料的摩擦系数等机械物理特性。根据适收期油菜田间分布特征和机械物理特性分析确定了4LYZ-1.8型油菜联合收获机的工艺方案、工作过程及其技术参数;并以此确定了整机结构布局与功率分配。(2)研制具有切割、输送、复切、间隙自适应调节等功能的分体组合式割台。确定了复切输送器的结构和参数,建立了茎秆复切过程的力学模型,依据最大剪应力理论确定切刀的安装倾角为12.8°,得出直线型切刀刃口长度为118-200 mm,渐开线型切刀基圆半径应小于133.65 mm;构建了输送、复切能力与切刀数量、几何参数和安装倾角等因素的函数关系,确定相邻两切刀的间距为100 mm,同一螺距内切刀数量为4;为进一步提高现有联合收获机对油菜喂入量的适应性,设计了一种复切输送器间隙自适应调节机构,可实现喂入量变化实时自动调节输送器与底板的间隙,运动学与动力学分析表明调节机构预紧弹簧最大预紧力和调节位移的最优参数分别为366 N和50 mm。同时设计了导向顶盖、升降液压缸、割台台面长度及拨禾轮等其他部件与参数。(3)开展分体组合式割台性能试验与仿真分析。通过以复切输送器转速、喂入量和切刀类型为试验因素的正交试验,确定复切性能最优水平为:复切输送器转速200 r/min、喂入量2 kg/s且选用渐开线型切刀;构建了未切断率、长度变异系数、茎秆长度和综合评分4个试验指标与渐开线切刀基圆半径和安装倾角之间的数学模型;同时利用高速摄像系统实时在线观察了茎秆复切过程和茎秆的迁移轨迹。开展间隙自适应调节机构性能试验,结果表明当自适应间隙调节机构的弹簧预紧力和刚度系数分别为293 N和12.65 N/mm时,输送器扭矩为8.267 N·m,降低了40.7%,调节位移为10.2 mm,调节机构性能较优;自适应调节机构对输送器性能影响试验结果表明:增设间隙自适应调节机构可明显降低扭矩并增加最大喂入量;喂入量波动时,试验组最大扭矩小于对照组。基于ANSYS-ADAMS的油菜迁移过程柔性仿真分析确定拨禾轮的优化参数组合为:前进速度1.2 m/s、拨禾轮转速30 r/min和安装高度1200 mm。(4)设计研究一种定向输送装置并开展了结构改进与试验。为实现油菜茎秆由割台至纵轴流脱粒分离装置的定向有序过渡输送,设计了一种可实现油菜茎秆输送的定向输送装置,依据运动学和动力学理论分析确定了定向输装置的结构与工作过程及其参数;以物料通过率为试验指标开展定向输送装置的性能试验,结果表明定向输送装置可将割台上的油菜顺利输送至脱粒装置。在此基础上以流畅、定向有序为设计原则开展了定向输送装置的改进设计,将其与纵轴流脱粒分离装置集成于一体,脱粒滚筒轴线与输送轮轴呈“T”字形垂直分布,独立旋转互不干涉,简化了结构;性能试验表明改进型定向输送装置与脱粒装置配合可完成对物料的定向输送、脱粒、分离等环节。(5)系统的开展油菜联合收获机功能性试验和田间适应性试验。依据设计目标分别开展了分体组合式割台性能试验、液压驱动系统空载功率测试和田间功能性试验。联合收获机复切性能试验结果表明复切输送器转速和喂入量分别在200-400r/min和0.5-1.5 kg/s范围内,油菜茎秆被复切为短茎秆,有利于后续减少脱离功耗,避免堵塞。液压驱动系统空载试验表明,不同工况下液压回路功耗在6.8-8.7 k W范围变化,波动幅度较小,液压驱动系统性能较为稳定。田间性能试验表明,分体组合式割台将油菜在离地350 mm处切断,割茬稳定;复切输送器将高粗的油菜茎秆切割为平均长度小于364 mm的短茎秆;间隙自适应调节机构可依据喂入量的波动实时自动调节输送器与底板之间的间隙,提高输送能力,避免输送器堵塞;定向输送装置可及时将油菜由割台定向输送至纵轴流脱粒装置并完成脱粒分离环节不发生堵塞。收获机结构布局和参数匹配合理,田间通过性和稳定性良好,可满足油菜联合收获作业。论文创新点:(1)设计了一种集成切割、输送、复切、间隙自适应调节功能的分体组合式割台,具有复切功能且可实时自动调节输送器与割台底板间隙,提高机组对喂入量波动的适应性。(2)研制了一种定向输送装置与纵轴流脱粒分离装置呈“T”字形集成,具有输送、抓取、脱离等功能,可实现油菜茎秆的短程定向有序输送并简化收获机结构。