针对我国优质饲草供应受季节影响大、鲜草田间青贮机械化程度低等问题,论文以螺旋致密苜蓿袋装青贮装备设计为对象,为获得高密度、低损失、强输送和低能耗的螺旋挤压致密效果,采用理论分析、室内试验相结合的方法,重点研究了影响螺旋挤压苜蓿碎料致密成型相关因素,优化了螺旋结构及作业参数,设计了自走式螺旋致密苜蓿袋装青贮装备并进行了田间试验。主要研究内容、方法及结论如下:(1)基于微元法建立变螺距螺旋及等螺距螺旋挤压致密方程并求解,得到挤压碎料密度、压力、能耗函数关系模型。苜蓿碎料密度、压力及能耗变化受到初始压力、物料特性系数、螺旋结构参数、物料摩擦系数、作业参数的影响,碎料压力和密度沿螺槽方向呈指数形式变化。两种不同类型的螺旋挤压致密苜蓿碎料,在工艺条件及初始边界条件相同的情况下,螺旋结构是决定挤压致密物理参数的关键因素。沿着螺旋轴向方向,由进料口至出料口,随着螺旋节数的增加,挤压致密压力逐渐增大,苜蓿碎料的密度增加;随着螺旋角的增大,苜蓿碎料压力增加但增幅减缓,挤压苜蓿碎料密度变化率减小;机筒与物料的摩擦系数增大,建压能力增强,物料密度变化速率加快,变螺距螺旋在苜蓿碎料建压及致密性能方面要优于等螺距螺旋。(2)利用搭建螺旋挤压致密苜蓿碎料试验台,设计了 L8(4×24)正交试验,在变螺旋角、螺槽深、长径比较大时测试指标结果较好。加工了变螺旋角(由22.5°逐渐减小到12.6°)、螺槽深(35mm)、长径比(5:1)螺旋并进行苜蓿碎料的挤压试验,当机筒镶套为有槽橡胶时,最大挤压压力为0.44MPa,最大挤压密度为963.82kg/m3。单位机械能耗响应面试验表明转速386.2r/min、喂入量0.79kg/min、摩擦系数0.66为作业参数时合适。离散元仿真分析结果显示变距螺旋挤压致密能力、建压能力方面要高于等距螺旋,两种不同类型的螺旋在螺旋出口处压缩密度及压缩力都是急剧增大。(3)以螺旋挤压致密成型苜蓿碎料理论分析为指导,确定了自走式螺旋致密苜蓿袋装青贮装备整体工艺方案,并设计了螺旋挤压致密关键部件结构,可实现田间直接装袋青贮苜蓿。挤压螺旋采用变螺距结构,螺旋外径为360mm,螺旋内径为80mm,压缩比为1:1.85,螺旋结构长度为1.13m,叶片厚度选6mm,利用液压离合器控制螺旋装置的启停,双支撑架用于支撑螺旋装置。(4)为分析关键工作部件挤压螺旋的强度和振动对其工作性能的影响,采用有限元分析方法对设计的挤压螺旋的强度及振动特性进行分析。挤压螺旋强度分析表明:支撑架变形较小,不存在应力集中问题;矩形叶片的挤压螺旋尾端应力为477MPa,超出了许用应力240MPa,存在应力集中问题,但通过改变螺旋叶片为梯形结构后,分析出其最大应力变为181MPa,达到了需用应力要求。对挤压螺旋振动特性进行分析,工作转动速度远远小于第一阶共振速度1630.80r/min,不会发生共振,工作安全。(5)为检验自走式螺旋致密苜蓿袋装青贮装备的工作性能及青贮品质效果,进行了田间试验研究,结果表明螺旋挤压致密装置平均袋装密度为568kg/m3,变异系数为8.9%,满足农艺要求的挤压密度参数;工作效率为0.8～1.6hm2/h,不会出现堵塞现象;装袋平均时间为36.7s,变异系数为24%。螺旋挤压青贮苜蓿品质试验研究结果显示,经螺旋挤压致密后高密度苜蓿的pH值较小、粗蛋白质含量高、铵态氮含量低,青贮苜蓿效果较好。