玉米是中国主要粮食作物之一,玉米秸秆资源量也十分巨大,年产量已超过2亿吨,经济、高效地处理玉米秸秆成为发展生态节约型社会的必然要求。玉米秸秆的处理方式主要包括直接焚烧、就地还田和秸秆回收。秸秆直接焚烧造成环境污染、资源浪费;秸秆就地还田,容易产生土地营养失衡、土地病虫害、秸秆腐熟慢等问题,导致非单季种植区下一季作物播种困难。因此,玉米秸秆进行回收利用势在必行。现有玉米秸秆收集方式多采用分段作业,鉴于当前国内还没有能够规模应用集玉米果穗收获、集箱,秸秆收割、切碎、打捆等功能于一体的玉米收获机械,在现有玉米收获机械与秸秆打捆机械的基础上,进行结构改进及功能集成,并对其关键部件的结构设计、参数优化等方面进行研究分析,在台架验证试验与样机田间试验基础上,得到一套可行、高效的玉米穗茎兼收与秸秆打捆一体化联合收获机,达到了设计预期。本课题主要研究内容及结果有如下几点:(1)提出了一种玉米穗茎兼收与秸秆打捆一体化联合收获样机的总体设计与结构布置方案,包含样机整机结构组成、整机工艺流程、整机功率分配和主要技术指标等。该方案采用复式割台,上下割台高度独立调节,满足不同结穗高度需要。上割台采用摘穗辊采摘果穗,果穗由升运器进入剥皮机,最后落入果穗箱,实现果穗收获;下割台采用往复式切割器将秸秆切断后,经过秸秆收集搅龙、平板滚刀切碎箱、风机抛送器与秸秆打捆机,实现秸秆同步切碎与打捆收集,完成秸秆收获。(2)优化现有滚刀式秸秆粉碎装置,搭建玉米秸秆粉碎试验台架,对秸秆粉碎装置的结构参数与工作参数进行了优化试验,选择滚刀刀片的径向倾角、轴向偏角、工作转速为影响因素,以成捆率和打捆密度为目标函数,建立了影响因素与目标函数之间的数学回归模型。试验结果表明:各因素对成捆率与打捆密度影响显著性顺序依次为工作转速、轴向偏角、径向倾角,获得最佳参数组合为:径向倾角25°,轴向偏角5°,工作转速1100 r/min。(3)开展打捆机柱塞驱动机构结构设计与参数优化,通过理论计算设定了柱塞驱动机构三组结构尺寸,运用SolidWorks对打捆机构进行三维建模并采用有限元对其进行仿真分析,根据仿真分析结果获得驱动连杆应力和应变分布情况,最终确定柱塞驱动机构采用对心式空间布置,曲柄、连杆长度分别为330mm与750mm。(4)在理论分析的基础上,完成样机的二维和三维绘图工作,在山东国丰机械有限公司完成试验台架的搭建、样机的试制和田间试验,经过田间作业试验验证,各项指标均达到规定标准,能够满足玉米果穗收获与秸秆打捆一体化作业工艺要求。