木薯属于大戟科植物,茎秆轮廓近圆柱形,木薯块根呈圆锥形、圆柱形或纺锤形,肉质富含淀粉,主要用途是食用、饲用和工业上开发利用。木薯的播种方式有现切式和预切式。预切式播种方式,需先对木薯种茎进行切种,切好的木薯种茎再由人工进行整理、收集和捆扎,再将捆扎好的木薯种茎进行播种。木薯种茎切割后的整理、捆扎环节需要耗费大量人力,效率低下,成本花费高,劳动强度大,耗时长。目前,对木薯种茎整理、收集、打捆装置的研究几乎处于空白阶段,现有的整理、打捆机械也不能满足木薯种茎整理捆扎的需求。因此,设计一款针对木薯种茎整理、打捆的装置具有十分重要的意义。为解决上述问题,本文结合木薯种茎的特点,设计了一种木薯种茎切割后的整理、打捆装置。在分析了国内外整理、捆扎机械的发展状况,借鉴其他类似农作物的整理、打捆设备的设计,分析了不同机械的关键点和相关仿真技术的应用方法,展开了以下主要研究内容:(1)进行了木薯种茎的特性分析。分析了木薯种茎的农艺特性,在切割好的华南205号木薯种茎中随机抽取100根进行了物理参数的测定,得到该品种的木薯种茎93%的种茎茎长分布在[17,18.49]cm之间;91%的种茎茎粗分布在[15,34.9]mm之间;92%的种茎节点数分布在[9,20]个之间;92%的种茎净重分布在[50,129.9]g之间。对切割好的木薯种茎进行了压缩力学特性分析,得到木薯种茎最小径向缩力为273 N,最大径向压缩力为412 N,平均压缩力为335.4 N。为后续木薯种茎整理、打捆装置的设计提供了理论依据。(2)木薯种茎整理、打捆装置的总体设计。根据木薯种茎整理、打捆的设计要求,并结合该装置的工况,确定了木薯种茎整理、打捆装置机械结构的总体设计方案和控制系统的设计方案,并介绍了木薯种茎整理、打捆装置的工作原理,运用SolidWorks软件建立了该装置的三维模型。(3)木薯种茎整理、打捆装置各功能单元的设计。通过总体方案的确定,分别对输送装置、整理装置、收集装置、打捆装置进行了设计,并分别对各装置的关键零部件进行了设计和参数确定,通过使用SolidWorks三维模型建模软件,分别对输送装置、整理装置、收集装置、捆扎装置进行了建模。(4)整理装置关键零部件的有限元分析。将三维零件模型导入ANSYS Workbench静力学分析模块进行其强度和变形校核,其关键零部件都满足要求。对整理装置进行模态分析,分别得到了前6阶模态下的频率和相对应的振型,所选电机的输出频率小于该装置的6阶模态所有频率范围,故电机驱动时整个整理装置不会产生共振现象。(5)整理装置关键零部件的拓扑优化。在连杆和推板的强度和刚度满足使用要求的前提下,分别对其进行了拓扑优化设计,通过对优化前后最大总变形值和最大等效应力值的比较,得到优化后连杆和推板的最大总变形值和最大等效应力值都在材料的许用变形和许用应力之内,所以拓扑优化后的结果符合设计要求。优化后连杆和推板的质量也明显减小,去除了一些多余的材料,达到了优化的目标。