荞麦营养丰富,药用价值很高,保健功能突出,是国际上公认的药食兼用杂粮作物,近年来国内外市场的需求量逐年增加。由于荞麦具有成熟期不一致,成熟籽粒极易脱落等物料特性,使其机械化收获存在收获损失率高、脱粒滚筒易堵塞、籽粒破碎率和含杂率高等难题。脱粒分离装置是联合收获机重要的组成部分,其性能对脱粒损失率、破碎率以及清选含杂率等收获作业效果具有重要影响。本文对荞麦的物料特性进行了测试研究,并建立了切-横轴流脱粒系统的脱分模型,利用该模型对现有的切-横轴流脱粒装置进行了仿真分析,在此基础上对该装置进行了改进设计。利用台架试验和高速摄影等测试分析手段,对改进后的切-横轴流脱粒系统进行了作业性能的分析研究,表明该装置满足荞麦的收获作业要求。主要研究结论如下:(1)荞麦籽粒和茎秆物料特性研究。分析了荞麦适收期和荞麦植株的形态特征;测试了不同荞麦品种籽粒的三轴尺寸、千粒重、密度等物理特征,研究了籽粒的抗压和抗剪以及茎秆不同位置(花序柄与分支、分支与主茎杆、主茎上部、主茎下部)的抗剪力和抗拉力等力学特性。(2)荞麦脱粒分离数学模型分析。基于荞麦的物料特征对切-横轴流脱粒分离数学模型进行了分析改进,并利用改进后的模型对已有的切-横轴流脱粒试验装置进行了仿真分析,在此基础上以强化分离、弱化脱粒的原则对该切-横轴流脱粒装置进行了改进设计。(3)基于荞麦的物料特性、上述的仿真分析和改进设计,对已有的切-横轴流脱粒试验装置进行了改造。主要对该装置进行了杆齿式切流脱粒滚筒、纹杆式横轴流脱粒滚筒、冲孔式凹版筛以及脱粒顶盖等部件的改造。杆齿式切流脱粒装置对荞麦物料进行初步脱分,纹杆式横轴流脱粒装置最终二次脱分,冲孔式凹版筛降低了脱粒强度,以改善荞麦脱粒分离作业效果。该试验装置的脱粒系统整体结构模块化设计,便于更换脱粒滚筒等关键零部件或参数调整,以便开展多种作物的脱粒试验研究。(4)荞麦脱分的台架试验研究。在改造后的试验装置上,采用单因素试验和正交试验,研究了荞麦籽粒的含水率、脱粒间隙、脱粒滚筒转速和喂入量等因素对含杂率、破碎率、损失率和脱粒功率等作业参数的影响规律;研究分析了脱分后荞麦物料沿脱分运动方向的分布及脱分物料各成分的占比;利用高速摄影技术对荞麦脱分物料的运动轨迹进行了观测分析。得到了影响脱分作业的因素次序及最优的参数组合为:籽粒含水率为20%,脱粒间隙为35 mm,脱粒滚筒转速为600 r/min,喂入量为1.2 kg/s;杆齿式切流脱粒装置主要对易脱粒的籽粒进行初步脱分和裹入物料中的已脱落籽粒进行分离,纹杆式横轴流脱粒装置前半段主要对荞麦物料进行脱粒分离,后半段主要碎断荞麦茎秆并排出脱粒装置。通过上述试验研究可知该脱分试验装置性能良好,满足荞麦的脱分作业要求。