水稻作为我国最主要的粮食作物之一,种植地域广泛、单产高、总产量大。“十二五”期间,我国农业机械化水平稳步提高,水稻收获环节的机械化率达到90%以上,联合收获机保有量高达173.9万台。随着农艺技术(“超级水稻”、“高效化肥”等)的提高,水稻单产逐年上升;新兴家庭农场的发展,也使水稻正向规模化(每块田10-15亩)生产,市场对大喂入量联合收获机的需求越来越大。清选装置是联合收获机的“消化系统”,清选性能是联合收获机性能的核心评价指标,因此针对大喂入量联合收获机清选装置的研究非常关键。本课题以切纵流联合收获机为研究对象,降低其清选损失为研究目的,针对脱出物分布不均匀的问题,在回程输送装置上设计了一种脱出物自动均布装置,同时为了提高自动均布装置的适应性,设计了相应的监控系统。主要研究内容有:(1)自动均布装置的设计根据切纵流联合收获机的工作原理,设计了配套的清选装置,主要有三个部分组成:振动筛、双出风口多风道离心风机和回程输送装置。进行切纵流联合收获机脱出物分布试验,得出脱出物不均匀的规律,对回程输送装置进行运动分析,找出现有回程输送装置不能对脱出物横向上进行均布的原因。在回程输送装置上增设固定导流条安装方案,设计可调导流条及其调节结构,提高脱出物分布均匀性。(2)基于EDEM仿真研究导流条角度对脱出物运动及分布的影响以导流条角度为研究因素,水稻脱出物为研究对象,采用EDEM仿真的方法,基于切纵流联合收获机脱出物分布台架试验数据,分析导流条不同角度时脱出物的运动轨迹和分布规律;在此基础上提出优化方案;以横向各区域脱出物数量占总数量比例的标准差为评价指标,对设计方案、优化方法、无导流条的对比方案进行讨论,得出结论为:无导流条对比方案脱出物分布的标准差为3.9,设计方案的脱出物分布的标准差为3.3,优化后的方案的标准差为1.57,优化后回程输送装置均布能力比无导流条时高55%,比设计方案高52.5%。(3)脱出物横向分布监测装置研究提出了回程脱出物横向分布监测原理,并设计相应的监测装置:以压力传感器和转速传感器为监测元件,PLC为控制器搭建硬件系统,根据监测要求编写了下位机PLC、上位机LabVIEW和通信程序。改造了智能清选试验台,以监测装置的监测板厚度和安装角度为试验因素,设计试验方案,分析监测装置结构对监测信号的影响,得到理想的监测装置参数组合:监测板厚度为8mm,安装角度为40°。最后,对设计的监测装置进行了动态标定,得出输出电压与标定的喂入量之间的拟合函数为V=1.6k+1.16,R=0.99,灵敏度为1.6V·s/kg。(4)模糊控制器的设计和田间试验验证基于模糊控制原理,制定可调导流条模糊控制策略,设计相应的控制器。试制自动均布装置并安装在水稻联合收获机上,以清选损失为指标,设计了田间试验对自动均布装置进行了验证:当前进速度为1m/s时,经过自动均布装置的调节,监测得到的脱出物横向各区域质量占总质量比例的标准差由3.0下降到1.2,并且清选损失率由1.2%下降到0.34%;当前进速度为1.5m/s时,经过自动均布装置的调节,监测得到的脱出物横向各区域质量占总质量比例的标准差由3.5下降到1.5,清选损失由0.9%下降到0.45%。根据田间试验得出结论:自动均布装置有助于提高脱出物沿横向分布的均匀性和降低清选损失。