新疆红枣年产量约为3.4701×10~6 t,种植面积达到4.76253×10~5hm~2,产量和种植面积约占全国一半,特别是南疆地区不仅种植面积广阔且具备优良的自然条件。本文针对红枣收获作业中出现的人工捡拾劳动强度大、效率低和作业周期长等问题,设计出一种小型的气吸式落地红枣捡拾机,并通过田间试验验证其可行性和工作性能。为更深入研究气吸式落地红枣捡拾机,本文利用CFD-DEM气固耦合法和Box-Behnken中心组合试验设计理论,详细地探究和分析气吸式落地红枣捡拾机的气力输送运动特性和其主要作业参数与关键部件结构参数对其捡拾效率和破损率的影响规律,并通过试验验证其可行性和准确性。具体研究内容如下:(1)通过对红枣种植模式及其物料特性参数进行测量,总结为三种行距×株距不同模式下枣园,并测得成熟期落地红枣的基本物料参数,主要为三轴尺寸、单粒重和密度等。测得灰枣和骏枣的悬浮速度分别为17.2~21.4m/s和18.6~21.1m/s,枣叶和枣枝的悬浮速度分别为0.5~2.24m/s和1.2~3.2m/s。(2)结合南疆地区红枣种植模式及其物料特性参数,设计了一种气吸式落地红枣捡拾机,并对其整机结构和关键部件及作业原理进行阐述和理论计算。样机田间试验结果表明,该机对骏枣枣园的捡拾效率为215kg/h、含杂率4.05%、破损率3.65%、捡净率90.85%;对灰枣枣园的捡拾效率为278kg/h、含杂率4.76%、破损率4.24%、捡净率91.25%。(3)利用CFD-DEM耦合法对红枣的气力输送过程进行仿真分析,得到红枣在气力输送装置中运动过程的颗粒位置分布和气流场分布情况。通过对原箱体进行仿真优化试验,优化后箱体可降低红枣通过拦枣栅的概率并防止涡流现象发生,保证箱体中红枣无残留,且通过试验验证得出气力输送运动特性的模拟仿真是可行的。(4)卸料装置转速单因素试验结果表明,当卸料装置转速为20 r/min,叶片逆时针转动时,卸料装置对红枣损伤率最低,损伤率为0.12%。栏栅选型试验结果表明,栏栅结构为倾斜结构时碎杂效果最佳。(5)通过Box-Behnken中心组合试验法确定对捡拾效率和破损率影响因素的显著性,构建了气吸式落地红枣捡拾试验样机捡拾效率、破损率与箱体入口高度、输送管路内径、箱体出口高度、吸头类型和风机转速的数学模型。试验结果表明,对捡拾效率影响显著的因素排序为:箱体出口高度>吸头类型>风机转速>输送管路内径;对破损率影响显著的因素排序为:风机转速>箱体入口高度>输送管路内径;分析数学模型得出的最佳参数组合为:箱体入口高度290mm、输送管路内径130mm、箱体出口高度530mm、吸头类型2、风机转速2500r/min,此时捡拾效率390.15kg/h,破损率0.15%。为验证数学模型的准确性,通过样机验证试验测得实际捡拾效率和破损率的平均值分别为372.33kg/h和0.16%,相对误差分别为4.57%和6.25%,结果较吻合。