脱粒装置是联合收割机的主要工作部件之一,其工作性能直接影响整机的收获效果。工作过程中脱粒装置常存在脱粒性能不稳定、振动强烈和籽粒损伤等问题。本文针对脱粒滚筒受茎秆缠绕而造成的复杂振动问题,研究脱粒滚筒在不同工况下的振动响应特征和模态频率,分析茎秆缠绕对脱粒滚筒振动响应的影响,揭示滚筒振动和模态变化的机理。通过分析脱粒滚筒因茎秆缠绕形成的不平衡激励特性,对比单梁和复合梁在不平衡激励下的稳定性和振动响应,进一步分析复合梁对振动的抑制效果。设计用于隔离脱粒滚筒受扰振动的复合梁隔振系统,分析脱粒工况稳定且减振性能较好的预应力梁结构。分析脱粒过程中水稻籽粒的受载特性,提出籽粒微观应力损伤裂纹区域的提取方法。本文研究的脱粒滚筒受茎秆缠绕的动态响应特性,对脱粒装置振动的抑制方法以及对揭示水稻籽粒损伤机理均具有理论和实用价值,对于推进我国农业机械化向高效、智能化方向发展和水稻机收过程的提质减损具有重要意义,主要研究工作包括:1、结合水稻脱粒作业的实际情况研究水稻植株的受载特性,对水稻植株的不同部位进行拉伸和压缩试验。通过两点拉伸、三点拉伸和挤压试验研究水稻植株不同部位的受载极限和破裂后的状态,分析了脱粒过程中水稻茎秆受力情况和破坏形式。从宏观角度分析水稻茎秆脱粒后的形态,通过茎秆普遍的断裂位置和断口形态,分析了茎秆在脱粒滚筒内的受载形式。脱粒后茎秆外层组织被完全破坏,茎秆中层的薄壁组织发生变形,茎秆内层的维管束完全变形,内部组织出现裂痕。脱粒后的稻叶薄壁组织完全被破坏,发生严重变形和断裂现象。脱粒时,茎秆的破坏形式大都是拉伸和挤压后发生断裂,其中大部分的断口形状为拉扯造成的损伤,茎秆断裂位置大部分在茎秆节与节的连接处。2、通过分析切流滚筒和横轴流滚筒的空载状态和脱粒工况下的振动响应特征和模态频率,测试了脱粒滚筒的约束模型和脱粒模型在空载和负载条件下的轴承座振动信号,与空载状态相比,脱粒状态下的脱粒滚筒轴承座自由端的振幅增加量都有明显变化。根据脱粒装置内物料流动和分布规律研究脱粒滚筒的偏心力、偏心质量和偏心振动特性,沿切流脱粒滚筒的残留茎秆质量逐渐减小。利用脱粒滚筒的约束条件和模型,对脱粒滚筒在偏心载荷下的振动幅值和频率进行测试和分析。通过调整多滚筒试验台上各滚筒的运转状态,测试轴流脱粒滚筒的轴向运动轨迹和轴承座的振动,分析了脱粒滚筒间的振动耦合和相互影响规律。3、针对脱粒过程中滚筒因受茎秆缠绕表现出的不稳定特征,通过模态叠加法建立了支撑梁在简谐力作用下的运动微分方程,研究脱粒滚筒支撑梁在脱粒系统不平衡激励作用下的动态响应。提出了应用复合梁结构作为脱粒系统的支撑单元以优化脱粒滚筒的不平衡响应问题。利用建立的复合支撑梁系统振动响应模型求解主梁和辅梁的振动响应,分析了激励频率对主梁和辅梁的时域响应的影响规律。试验对比单梁和复合梁在不同激振频率下的稳定性和振动响应,以及在不同支撑刚度、激振频率和阻尼值下复合梁的振动响应变化,从而分析复合梁对振动的抑制效果。4、对横轴流滚筒和机架进行了有限元模态分析和振动测试试验,分析脱粒滚筒的不平衡响应特征和振动传递特性。结合脱粒装置及其支撑梁的结构,设计了四种预应力支撑梁结构实现脱粒装置脱粒过程中动态特征的抑制。通过添加配重块的方式模拟脱粒滚筒茎秆缠绕状态,并与正常脱粒下的横轴流脱粒装置的进行对比试验,测量5个测点的振动信号,分析激振频率和振型特征,研究了四种预应力支撑梁对脱粒装置脱粒过程中动态特征传递的抑制效果。5、根据赫兹理论分析水稻籽粒的力学特性和冲击损伤特征,得到了脱粒元件造成水稻籽粒塑性变形和脆性断裂时的临界冲击力与临界线速度。通过拉伸和挤压试验模拟脱粒元件对水稻籽粒的载荷作用,测试水稻穗头上粒柄的断裂力与籽粒的抗压承载能力,得到水稻籽粒所需要的脱粒力均值。测试水稻脱粒过程中脱粒元件的受力和脱粒力,分析水稻籽粒在脱粒滚筒内的受力状态。测试在脱粒过程中,钉齿对水稻的拉力与压力的大小以及脱粒力集中范围。脱粒力远远超过籽粒与粒柄连接力,小于籽粒产生塑性变形与脆性断裂的临界冲击力。因此脱粒力安全有效,能够达到使水稻籽粒脱粒的同时不产生塑性、脆性的变形损伤的效果。建立谷物籽粒内部损伤的定量模型,提出了籽粒微观应力损伤裂纹区域的提取方法,通过试验分析加载次数、加载力和受载方式对籽粒内部损伤程度的影响规律。水稻籽粒承受静载荷时,正压破坏力＞侧压破坏力＞立压破坏力;破坏时的变形量大小为:立压形变量＞侧压形变量＞正压形变量。