油菜脱粒装置作为联合收割机的核心部件,其脱粒效果直接决定了整机的作业性能与质量。油菜联合收获脱粒过程中,成熟度较低的茎秆不易破碎,易对滚筒内角果、籽粒等物料造成夹带,而过熟的茎秆破碎严重又增加了清选负担。本文以长江中下游地区适收期油菜植株为研究对象,结合油菜植株的生物力学特性研究了茎秆破碎条件;搭建了油菜茎秆碰撞试验台、油菜脱粒试验台,探索了相关因素对茎秆破碎的影响机制,提出了降低脱粒过程茎秆破碎率并减小夹带损失的控制策略;研制了一种滑切齿刀与钉齿组合式的脱粒装置,通过台架试验确定了装置的最优工作参数,并通过田间试验进行了验证。主要研究内容如下:（1）油菜植株的静力学特性研究。通过拉伸试验表明茎秆拉伸屈服力与油菜茎秆直径呈正相关,油菜茎秆直径集中在7～16 mm范围内,其中最小屈服力为166.82 N,最大屈服力为619.92 N;拉伸试验过程中,轴向应变εy为0.0042,径向应变为εx为0.0384,茎秆轴向和径向的形变表明茎秆轴向的形变量远远小于径向形变。茎秆径向全压缩试验表明,径向压缩弹性系数为k0=1.139 N/mm;茎秆局部压缩试验表明,茎秆屈服力Fc随着茎秆直径dx1的增大而增大,油菜茎秆所受压缩力与压头曲率半径的大小呈现正相关,由大到小依次为平面、30mm柱面、20 mm柱面、10 mm柱面和锥面;对油菜角果抗裂角力试验表明,“华油杂62”油菜角果抗裂角力平均值为3.291 N。（2）油菜植株与钉齿碰撞的力学特性研究。在搭建的碰撞试验台架上借助感压胶片对钉齿与茎秆的碰撞力学特性进行了研究。结果表明:钉齿与茎秆碰撞时,碰撞接触面呈月牙状,碰撞过程为高速瞬时多点碰撞;碰撞次数为1、2和3次的茎秆的占比分别为11%、22%和67%;钉齿与茎秆瞬时碰撞次数与碰撞位置有关,碰撞点靠近钉齿底部时,碰撞次数较多;第一次平均碰撞力为13.25 N,第二次平均碰撞力为10.00 N,第三次平均碰撞力为6.75 N,瞬时多次碰撞过程中碰撞力呈减小趋势。对油菜植株进行自由衰减振动试验表明,在距离主枝与侧枝节点20 cm、30 cm和40 cm处侧枝上标记点的平均衰减系数分别为0.542、0.475和0.441,衰减系数随标记点距离节点处的距离增大而减小;主干上不同标记点的衰减系数差异不大,平均值为0.797。对植株扫频试验发现,在1～15 Hz的频率范围内存在多个共振点,油菜植株的共振主要发生在6～7 Hz和11～12 Hz,主茎秆的振幅远小于侧枝和角果的振幅;对油菜植株在1～15 Hz频率范围驻频振动试验表明,油菜植株在6 Hz和11 Hz时产生共振,此时的振动落粒分别为1.192%和0.992%。（3）在自制的油菜茎秆碰撞试验台上对油菜茎秆的破碎机制及影响因素进行了分析。将油菜茎秆重复喂入碰撞试验台的方法等效茎秆在脱粒过程中的多次碰撞情况;随着喂入次数的增加,茎秆破碎率升高,重复8次喂入后,油菜主茎秆上、中、下各部分破碎率分别为84.4%、91.1%、97.8%,油菜侧枝破碎率为42.2%,主茎秆的破碎率远大于侧枝;影响油菜茎秆破碎率的各因素回归试验研究表明,茎秆破碎率与茎秆长度、喂入次数、茎秆含水率呈正相关;齿型对茎秆破碎率的影响由大到小依次为刀面钉齿、柱面钉齿、平面钉齿;正交试验表明,在所选试验条件范围内,各影响因素对茎秆破碎率影响程度由大到小依次为茎秆长度、滚筒转速、齿型和喂入次数。（4）运用EDEM仿真软件对纵轴流滚筒脱粒过程的物料运动轨迹及物料分布情况进行仿真。研究表明,相比角果和籽粒,茎秆在滚筒内的滞留时间明显更长。物料的运动方向主要沿着滚筒外侧做螺旋运动;滚筒径向物料的分布主要集中在滚筒外围,滚筒中心的物料较少。另外,以茎秆在脱粒滚筒中的滞留时间和排料口物料数量为指标,将滚筒转速、喂入量、脱离间隙和茎秆长度作为试验因素,分别进行了仿真试验研究。该结果表明:（1）油菜茎秆物料在脱粒滚筒内的滞留时间随茎秆物料长度的增加而增加,相同喂入量和运动参数下物料在茎秆长度为150 mm时的通过性最好;（2）油菜物料在脱粒滚筒内的滞留时间随脱粒滚筒转速的增加而增加;滚筒转速在500～650 r/min时,出料口的茎秆数量随转速升高而增加;转速在650～700 r/min时,出料口的茎秆数量随转速升高而降低;（3）物料在滚筒内的滞留时间随喂入量的增加先降低后升高,出料口的物料数量随喂入量的增加先增加后降低;（4）物料在滚筒内的滞留时间随脱粒间隙的增大而增加,出料口的物料数量随脱粒间隙的增大而降低。最后,在搭建的轴流脱粒滚筒上,从轴向和径向对油菜脱粒过程进行了高速摄影观察分析,发现物料的运动轨迹以及分布情况与仿真结果基本吻合。（5）研制了一种滑切齿刀与钉齿组合式和等间隙浮动变径凹板筛的脱粒装置。通过单因素试验可知,滑切齿刀距离齿杆顶端距离的增大,茎秆破碎率逐渐升高,最低为83.15%。籽粒损失率则随滑切齿刀距离齿杆顶端距离的增大而增大,籽粒损失率在滑切齿刀距离齿杆顶端距离100 mm时最低为1.24%。由此可知,齿刀位置距离齿杆顶端为100 mm时脱粒效果明显优于其他位置。随着滚筒转速的增大,籽粒损失率呈减小趋势,茎秆破碎率则随着转速的增大而增大。脱粒间隙越小,籽粒损失率越低,15 mm间距时损失率为0.86%。茎秆破碎率则随脱粒间隙的增大先升高后降低,当脱粒间隙为35 mm时,茎秆破碎率最低为78.3%。籽粒损失率随喂入量的增加而增加,喂入量为1 kg/s时,籽粒损失率最低为1.40%;而随着喂入量的增加茎秆破碎率呈减小趋势,喂入量为3kg/s时茎秆破碎最低为80.63%。通过对各影响因素开展响应曲面试验,得出了优化参数组合为:齿刀位置为距离喂入头100 mm处,凹板筛间隙为15.6 mm,滚筒转速为566.55 r/min,此时的油菜籽粒损失率为0.99%,茎秆破碎率为83.01%。通过验证对比试验表明:滑切齿刀与钉齿组合式脱粒滚筒与钉齿式脱粒滚筒相比,籽粒损失率减小了0.45%,茎秆破碎率降低了6.26%。田间试验表明:滑切齿刀与钉齿式组合式脱粒滚筒的脱粒总损失率为1.68%,相比钉齿式滚筒,脱粒总损失率降低了0.31%。对比未破碎茎秆的组成成分可知,滑切齿刀与钉齿组合式滚筒的长茎秆较少,主要以短茎秆为主,其中纯钉齿式脱粒滚筒茎秆破碎率为81.47%,滑切齿刀与钉齿组合式脱粒滚筒茎秆破碎率为77.39%,相比纯钉齿式脱粒滚筒破碎率降低了4.08%,说明滑切齿刀与钉齿组合式脱粒滚筒优于纯钉齿式脱粒滚筒。