清选装置作为联合收获机的核心工作部件,其工作性能的优劣将直接影响整机的作业效率和作业质量。本论文依托国家“十三五”重点研发计划项目子课题“蔬菜种子繁育高净度收获技术装备研发”支撑,以我国蔬菜种植面积最大的大白菜为研究对象,针对当前大白菜规模化繁种存在的机械化程度低、劳动成本高等问题,在系统分析大白菜种子机械化收获清选混合物各组分物理机械特性的基础上,提出了“风-筛-辊组合式”清选方法;应用计算流体力学理论与方法,构建了清选混合物料颗粒群模型及其在气流场、振动筛和加速辊作用下的运动方程,探明了风-筛-辊组合式清选装置的工作机理;基于理论分析与计算,研制了风-筛-辊组合式清选装置,系统开展了清选装置台架性能试验,建立了装置结构运动参数与清选指标的数学模型,为大白菜种子机械化收获清选环节作业性能的提升奠定了理论基础。本论文主要在以下几个方面进行了较为深入的研究:1.掌握了大白菜种子植株及其机械化收获清选混合物料物理机械特性。通过对大白菜种子种植模式及植株特征进行分析,为机械化收获清选混合物各组分的认知提供参考。对收获期大白菜种子植株不同部位的茎秆、角果及籽粒的力学特性参数进行试验测定,探究了在不同类型外力作用下茎秆、角果及籽粒的力学参数变化规律。测定了大白菜种子植株机械化收获清选混合物各组分几何尺寸、含水率、籽粒千粒重及密度等基本物理参数,并对表征清选混合物各组分流动、摩擦及空气动力学特性的堆积角、滑动角和悬浮速度进行了试验研究。采用离散元方法构建了大白菜种子清选混合物不同组分的离散元颗粒模型,结合其堆积角参数数值模拟,验证了各组分离散元模型的准确性与可靠性。2.在综合分析大白菜种子收获清选混合物各组分物理机械力学特性的基础上,创新提出了适于大白菜种子机械化收获的“风-筛-辊组合”高效低损清选方法,即引入负压气流和旋转加速原理与振动清选筛结合实现种子籽粒与杂物的清选与分离。构建了风-筛-辊组合式清选装置三维模型,系统分析了清选装置工作过程及作业机理。通过对风-筛-辊组合式清选装置关键作业部件进行设计选型,基于理论计算与分析确定了双风道横流吸杂风机、振动清选筛及加速辊清选室等工作部件的结构形式与重要工作参数,为大白菜种子收获清选混合物高性能分离清选提供了理论与装备支撑。3.阐明了风-筛-辊组合式清选系统中双风道横流风机的作用机理,运用CFD仿真分析了双风道横流风机内部流场,分别对横流风机主体和次风管道系统进行了数值模拟,基于BBD试验方法进行横流风机性能仿真试验并对风机的结构参数进行了优化,通过风速试验进一步验证了仿真优化结果的可靠性。运用CFD对风-筛-辊组合式清选装置进行模型简化并对装置清选室进行仿真分析,通过数值模拟分析得到了清选室内部流场变化与吸风口角度、风速及振动筛面相对吸气口距离之间的关系,对风-筛-辊组合式清选装置关键结构参数选取起到了指导作用。4.掌握了大白菜种子清选混合物料各组分在风-筛-辊组合式分离清选过程中的迁移规律及其运动特性,采用CFD-DEM耦合仿真方法对装置内大白菜种子清选混合物料的分离清选过程进行了数值模拟,获得了物料各组分在组合式清选系统不同区域内数量和平均速度的变化曲线。结合气固耦合物料流线分布,探明了大白菜种子清选混合物料各组分不同区域内随时间的数量变化规律,探知了物料各组分不同区域内随时间的运动轨迹与平均速度变化趋势。5.揭示了风-筛-辊组合式大白菜种子清选混合物料分离清选机理,研制了风-筛-辊组合式清选装置。开展了双风道横流风机和整个风-筛-辊组合式清选室内的风速性能试验,获取了清选系统气流分布规律及无物料状态下横流风机和系统清选室的负压流场分布状态。对风-筛-辊组合式清选装置主要工作参数进行单因素试验,探明了各因素对大白菜种子籽粒含杂率和清选损失率的影响相关性,明确了对清选装置作业性能结果有显著影响的各因素取值范围。以选取的喂入量、横流吸杂风机转速和加速辊转速为自变量,籽粒含杂率和清选损失率为响应值,采用响应面分析方法,分别建立了各因素与籽粒含杂率和清选损失率之间的数学模型,对各因素及其交互作用进行分析,获得了风-筛-辊组合式清选装置最优工作参数,并通过试验验证了结果的可靠性。