2018年国内大豆产量约1600万吨,育种大豆每年需45万吨左右。全球大豆产量约2.5亿吨。现阶段,我国大豆生产面临单产水平低、播种精度差等技术难题,发展大豆育种机械有助于问题的解决,而普通大豆收获机械无法满足育种大豆收获的要求。针对育种要求,研发大豆单株脱粒机,减少品种间混杂,提升品种纯度,降低破碎,提升品种质量,具有重要意义。大豆单株脱粒机应满足以下技术要求:喂入便捷安全、脱粒破碎率低、清理便捷方便、参数调整方便。为此本文开展以下研究内容:(1)大豆单株脱粒机总体设计。整机设计包括脱粒、清选、传动部分,结合脱粒与传动部分设计翻转清理结构。研究脱离元件、脱粒间隙对破碎率的影响,设计适合于大豆单株脱粒的脱粒滚筒直径、转速、凹板筛,提升脱离质量降低破碎率。采用气吸清选装置,研究合适的清选通道,提升清洁度。设计合理的脱粒滚筒翻转机构,便于脱粒后清理,减小品种间混杂。(2)基于EDEM大豆籽粒运动过程仿真分析。构建大豆籽粒超二次曲面颗粒单元模型,通过EDEM仿真软件,获得大豆籽粒在脱粒滚筒中运动过程图,依据仿真结论,研究出杂口形状与籽粒顺利喂入、飞溅之间的关系,进而优化设计出杂口结构,解决籽粒喂入与飞溅问题。(3)大豆单株脱粒机参数优化试验。台架性能测试试验包括:单因素对比试验、响应面试验。单因素试验齿形硬度与齿形形状;三因素三水Box-behnken响应面试验对喂入量、脱粒元件转速、脱粒元件与筛网间隙分析。破碎试验结果表明:齿形形状试验中,板齿破碎率0.689%对比弓齿破碎率4.59%,板齿减小籽粒破碎效果突出;齿形硬度试验中,橡胶板0.10%、铁板1.46%、尼龙板1.31%,橡胶板降低破碎率效果突出;在板尺橡胶板响应面试验中,破碎极少。未脱净分析中,滚筒转速贡献率占比最大,间隙、喂入量次之。采用板齿橡胶板脱粒元件,极大地降低了破碎率。样机优化试验。针对制造样机的脱粒元件转速、脱粒元件与筛网间隙、脱粒元件硬度,进行三因素三水平正交试验,得到最佳参数:即转速498r/min,间隙为18mm,脱粒元件材料为橡胶。(4)高速相机脱粒过程研究分析与Phantom轨迹分析与计算。对试验样机整体、上部、下部三个角度拍摄,获得脱粒运动过程图,根据相关图像,发现部分植株卡嵌喂入口,其脱粒滚筒环绕形状,喂入口滑道结构应进一步优化。使用高速相机捕捉籽粒冲击板齿橡胶板的运动轨迹,经过Phantom图像分析软件的分析与计算,其最大速度为12.14m/s,最小速度为2.3m/s。根据豆粒的重量与撞击速度变化,计算出单粒撞击最大能量变化为0.01518J。