本文在系统开展国内外油菜联合收获技术与装备研究进展的基础上,针对传统油菜联合收获机链耙式输送器输送路程长且易引起油菜高粗茎秆堵塞,研制了一种切抛组合式纵轴流脱离装置,实现油菜的强制喂入、切断抛送和脱粒分离功能于一体,满足油菜联合收获机的作业要求,并缩短了物料迁移路程,为油菜联合收获机脱粒分离装置结构及工作参数的优化提供参考。论文主要研究内容如下:(1)开展了油菜联合收获机总体设计与关键部件结构分析。自行研制的4LYZ-2.0型油菜联合收获机由割台、切抛组合式纵轴流脱离装置、旋风分离清选系统、液压驱动系统等组成,分别实现油菜切割输送、强制喂入、切断抛送、脱粒分离、清选分离和动力支撑等功能,并阐述了油菜联合收获机整个工作过程和工艺路线;分析确定了油菜联合收获机的基本技术参数:割幅为2000 mm、田间作业速度大于0.9 m/s、喂入量大于2 kg/s、生产效率大于0.65 hm~2/h,同时开展了整机结构布局设计。(2)开展了切抛组合式纵轴流脱离装置及其关键部件设计与分析。阐述了切抛组合式纵轴流脱离装置的整体结构,根据物料工作过程可划分为抓取喂入、切断抛送、脱粒分离三个阶段;通过对油菜茎秆的动力学分析,确定喂入辊直径为150 mm、转速为500 r/min;依据切碎滚筒应具备初步切断茎秆和抛送物料的功能,分析确定了相关结构参数和工作参数,得出切碎滚筒直径为400 mm、动刀片刃角为21°、安装前倾角为50°、安装隙角为19°、转速范围为414~552 r/min;通过物料受力分析得出脱粒滚筒上螺旋叶片升角为18°、螺旋叶片外径为460 mm、螺距为300 mm;根据脱粒分离装置油菜喂入量和脱粒分离的要求,设计脱粒滚筒总长度为2220 mm、直径为450 mm、钉齿数为102个、转速范围为424~679 r/min、脱粒间隙20~30 mm可调;为增加籽粒分离率设计凹板筛包角为180°,筛孔尺寸为5mm×5mm;根据脱粒滚筒结构尺寸取导流板高度为35 mm,顶盖作用半径为260 mm。(3)开展了抛料罩壳造型设计和气流场仿真分析。利用SolidWorks对抛料罩壳和切碎滚筒进行三维建模,并载入Flow Simulation中建立气流场仿真项目;对不同高度抛料口的风速等高线、风量、气流轨迹线进行了分析和对比,当抛料罩壳的出料口高度为200 mm时气流输送性能最优;同时对弧形罩壳和线形罩壳内气流场进行对比仿真分析得出,弧形罩壳内部气压略低于进料口气压,有利于抓取作物减少回带损失,弧形罩壳出料口通道气流场更加顺畅、稳定,风量较大,涡流区较少,相比线形罩壳具有更好的气流输送性能。(4)开展了切抛组合式纵轴流脱离装置单因素试验研究与分析。将脱粒夹带损失、脱出物中籽粒及短茎秆质量比、切碎滚筒和脱粒滚筒总功耗、排草口茎秆平均长度等作为试验指标,将对试验指标影响较大的脱粒滚筒转速和切碎滚筒转速2个因素进行不同水平的单因素试验,得出了脱出率、筛下脱出物籽粒和短茎秆质量比分别随脱粒滚筒转速和切碎滚筒转速的变化呈抛物线规律,总功耗和排草口茎秆平均长度随脱粒滚转速和切碎滚筒转速的变化呈直线规律,分析出后续正交试验中切碎滚筒和脱粒滚筒转速范围为450~550 r/min。(5)开展了切抛组合式纵轴流脱离装置正交试验。选择脱粒滚筒转速、切碎滚筒转速、脱粒间隙为影响因素开展了三因素三水平正交试验,方差分析结果表明:脱粒滚筒转速对夹带损失率、脱出物短茎秆质量比、总功耗、排草口茎秆平均长度影响达显著或极显著水平,切碎滚筒转速显著影响脱出物短茎秆质量比和排草口茎秆平均长度,脱粒间隙对脱出物短茎秆质量比影响显著;由极差分析可得:影响总功耗和排草口茎秆平均长度的因素主次顺序为脱粒滚筒转速、切碎滚筒转速、脱粒间隙,影响夹带损失率的因素主次顺序为脱粒滚筒转速、脱粒间隙、切碎滚筒转速,影响脱出物短茎秆质量比的因素主次顺序为切碎滚筒转速、脱粒滚筒转速、脱粒间隙;综合评分法分析表明较优参数组合方案为:切碎滚筒转速为450 r/min,脱粒滚筒转速为450 r/min,脱粒间隙为30 mm,此时油菜联合收获机切抛组合式纵轴流脱离装置的性能指标为:夹带损失率0.415%,脱出物短茎秆质量比10.43%,切碎滚筒和脱粒滚筒总功耗为4.16 kW,排草口茎秆平均长度134.8 mm;对应的旋风分离清选系统籽粒总损失率与清洁率分别为6.13%与91.97%。(6)油菜联合收获机田间验证性试验。对自行研制的4LYZ-2.0型油菜联合收获机进行了田间验证试验,收获作业中整机运行平稳,切抛组合式纵轴流脱离装置可实现对田间待收获油菜的抓取喂入、切断抛送、脱粒分离功能,短程输送未出现堵塞现象,脱粒滚筒夹带损失率平均值为2.41%,清选系统损失率平均值为7.83%,油菜籽粒清洁率平均值为87.65%,可满足油菜联合收获机田间工作要求。本研究在切抛组合式脱离装置的设计上具有新意,为油菜联合收获机脱离装置结构及工作参数的优化提供参考。