油菜是仅次于大豆的第二大世界性油料作物,2014年我国油菜种植面积达758.79万公顷,占我国油料作物种植总面积的54.03%,油菜籽产量超过1477万吨,约占我国油料作物总产量的42.12%。人工收获油菜效率低、成本高,2014年我国油菜机械化收获水平仅为25.32%,因此研制高效低耗低损的联合收获机对促进油菜产业发展具有重要的应用价值。本课题针对油菜植株生物学特性和成熟期果荚易炸裂的特点,探索性地研制了一种油菜联合收获机梳脱式割台,以期减少喂入量、提高适应性、降低油菜联合收获机功耗,为油菜联合收获机的结构设计提供新思路。主要研究内容包括:(1)梳脱式割台结构设计。在对国内外传统联合收获机、梳脱式联合收获机研究现状进行系统分析的基础上,提出了梳脱滚筒与拨禾轮配合梳脱,以切割装置、防飞溅罩壳等作为辅助的梳脱式收获方式,确定了梳脱式割台的工作原理和工作过程。(2)开展了果荚机械物理特性试验与分析。通过油菜果荚与茎秆连接处的拉伸试验得到了该位置拉力-位移曲线。试验表明,油菜果荚在与植株脱离过程中存在明显的预拉伸、弹性拉伸、屈服、断裂四个阶段;油菜果荚与茎秆连接处存在明显的屈服力,屈服力最大值为16.0 N,平均值为11.7 N。(3)提出了梳脱元件运动轨迹的地面投影对作物全覆盖的设计原则。以重梳率、漏梳率为评价指标进行研究,得出了梳脱元件尺寸、排列方式、间距和倾斜角度对重梳率、漏梳率影响的变化规律。(4)开展了关键部件结构设计和参数分析,确定了拨禾轮、梳脱滚筒、切割装置和防飞溅罩壳的结构参数和运动参数,明确了合理的参数组合,提出了根据不同油菜生长状况调整主要工作部件相对位置和运动参数的约束方程。梳脱元件采用弹指式梳脱元件,弹指间距70 mm,轴向弹指数量12根,弹指弯折角度160°,轴向倾角80°,有效伸出长度280 mm;梳脱滚筒半径355 mm,转速为240~340 r/min。根据梳脱作业要求调整了拨禾轮结构参数和运动参数,拨禾轮轴心与梳脱滚筒轴心水平距离375 mm,拨禾轮离地高度1300 mm,半径310 mm,转速20~30 r/min。确定了防飞溅罩壳的覆盖范围,后挡板与梳脱滚筒纵向距离650 mm,相对高度450mm,上罩壳纵向覆盖1000 mm。(5)提出了梳脱式割台的油菜联合收获机整体设计,确定了整机结构、空间布局、工作过程和技术参数。梳脱式割台的油菜联合收获机割幅0.9 m,喂入量0.21~0.95kg/s,作业速度0.4~1.8 m/s,作业效率0.13~0.58 hm2/h,发动机功率7.5 kW,采用履带式行走装置,满载时接地压强为9.2 kPa。(6)开展了梳脱滚筒、拨禾轮与割台气流场特性的仿真分析。仿真结果表明,梳脱滚筒与拨禾轮的运动参数匹配合理,理论上可以实现拨禾、拨倒、梳脱、抽离等工序;梳脱滚筒结构设计、参数选择、材料选择合理,可以满足梳脱式收获工作需要。气流场仿真结果表明,弧形罩壳比方形罩壳具有更好的气流场特性,主要体现在:弧形罩壳割台内部气压略低于标准大气压,有利于抓取作物、滞留脱下物,可有效减少回带损失、飞溅损失;弧形罩壳内部气流场更加顺畅、稳定,涡流区较少。(7)开展了梳脱式油菜联合收获机整机田间试验。试验表明:梳脱式割台可以实现预期的拨禾、梳脱、抛送、切割等功能;探索了梳脱滚筒转速、高度和机组前进速度对梳净率的影响规律。