大豆收获作业是大豆生产过程关键环节之一,目前我国大部分地区都实现了机械化收获大豆,但大豆机收破损问题较为严重。加大对大豆机收破损机理的研究,设计出适合大豆收获的收割机,降低大豆机收的破损率,对推动我国大豆产业有重要意义。本文针对大豆机收破损问题,对大豆本身的物理特性以及大豆机收过程中引起破损的主要原因开展了研究。掌握了大豆的物理特性,建立了脱粒系统仿真模型,设计出了破损率满足作业质量评价标准的大豆联合收割机脱粒机构。本文主要研究内容有:(1)对大豆的物理特性进行研究。收集了黄淮海地区五个大豆品种的完整植株,利用万能材料试验机对这五个品种的大豆、豆荚以及茎秆的物理特性进行了对比试验研究。对大豆、豆荚三个受力方向进行了压缩试验;对茎秆进行了弯曲试验和剪切试验。(2)对大豆机收全过程分析后找出影响破损最大的是脱粒过程,并从大豆的物理特性出发对稻麦联合收获机脱粒装置中的关键部件进行了重新设计:包括对滚筒钉齿的设计、对滚筒辐盘的设计、对凹板筛的设计、对影响滚筒转速的滚筒链轮的设计。(3)利用EDEM建立脱粒系统仿真模型,包括大豆颗粒的建模、茎秆的建模、脱粒机构的建模、颗粒工厂的建模等。并利用仿真模型进行了单因素四水平模拟仿真试验,初步研究了滚筒转速、钉齿角度、脱粒间隙对破损率的影响规律。(4)根据仿真分析结果缩小设计方案的范围,重新确定设计方案,并试制样机进行三因素三水平中心组合田间试验,处理分析田间试验结果,找出最优参数组合,并把田间试验得到的影响规律与仿真试验做对比分析。本文主要研究成果有:(1)得到了大豆和豆荚三个受力方向的最大承受载荷,以及它们在三个受力方向承受最大压缩力时的破损形式;得到了大豆茎秆的最大弯曲力、剪切力、弹性模量等数据以及它们随茎秆高度变化的规律。试验样品包括黄淮海地区五个大豆品种,代表性较强。为进一步研究大豆、豆荚及茎秆与收割机各部件之间的作用力提供了理论参考依据,为模拟仿真试验提供了各物料的力学参数依据。(2)建立了脱粒系统仿真模型。经田间试验证明,该模型在分析滚筒转速和钉齿角度对破损率的影响时可靠性较高,在分析脱粒间隙对破损率的影响时有一定缺陷,且该缺陷主要是因为大豆豆荚建模的问题。在今后的研究中,完成大豆豆荚的建模后仿真可靠性会进一步提高。对该模型中的颗粒模型、机构模型、材料属性等做合理改动后,可用于小麦、水稻等作物的脱粒系统研究。(3)完成了破损率满足作业质量评价标准的大豆收割机的改进设计。经田间试验证明,当滚筒转速354 r/min、钉齿角度16°、脱粒间隙32mm、凹版筛孔间隙为15mm时,破损率为4.04%、含杂率为1.42%、损失率为1.67%,达到了破损率不大于5%、含杂率不大于5%、损失率不大于3%的大豆联合收割机作业质量评价标准。