烟草种植业是我国农业产业的重要组成部分,与国民经济,尤其是农业经济的发展有着紧密的联系。随着烟草种植业的不断发展,机械化作业成为高效节本的有效途径。近年来,我国研制了众多的烟草田间管理机械,但大部分机械作业功能单一、可靠性差、作业水平低;绝大多数烟田仍采用传统的人工打顶,其效率低、成本高且操作繁琐;打顶后的烟株还需进行抑芽作业,人工操作不仅效率低还易造成药物中毒。因此,发展代替人工的自动化、智能化联合作业机械是烟草生产的必然选择。为解决国内外现有打顶机固定高度打顶带来的问题,设计了一种能够根据烟草高度进行实时调节的夹持式智能打顶机,能够同时完成烟花的定位、收拢、夹持、切割、割刀的消毒、抑芽剂的喷施和烟花的输送和收集等联合作业。本研究主要开展了以下研究工作:(1)打顶时期的烟草茎秆力学特性研究。通过烟草茎秆的切削试验,确定了烟草茎秆直径大小与最大切割力的关系,并进行切割力的计算;根据弯曲试验得到试验力与位移的关系,计算烟草茎秆的弯剪模量。茎秆力学特性的研究可以为打顶机割刀设计提供参考依据,有利于提高机器的工作效率,也有利于烟草茎秆的综合利用。(2)打顶机整机结构设计和零部件选型。根据国内外烟草打顶机械的研究现状及发展趋势,并结合烟草打顶的农艺要求和生产状况,进行整机结构设计。打顶机整机采用高地隙通用底盘和蓄电池作为动力源,重点对烟草高度检测系统、夹持式打顶机构、升降机构、割刀消毒和抑芽剂喷施系统、烟花输送收集装置等进行设计和零部件选型。(3)打顶机关键部件的有限元分析及运动学仿真。利用ANSYS Workbench对升降机构链轮、夹持打顶机构和升降平台机架进行有限元强度校核,结果表明:各部件的位移变形量较小,所受最大应力均小于材料的屈服强度,满足设计要求;利用ADAMS对割刀进行运动学仿真,分析打顶作业时割刀上切割点的位移和速度随时间的变化情况,仿真结果表明当割刀转速为1000 r/min时,满足切割要求。(4)样机试制和田间试验。在理论分析和仿真模拟的基础上完成整机结构设计,绘制二维图纸,进行样机加工和田间试验。田间试验表明:该机打顶效率大于95%,对烟叶的损伤率小于5%,能够满足烟草的精确打顶要求,同时可完成抑芽剂的定量喷施,实现了烟草打顶的精确化和智能化。