本文以温室中的奶油生菜和芹菜两种叶菜为研究对象,考虑其特定生产收获方式要求,开展温室叶菜收获力学特性的试验研究和机理分析,为叶菜收获机械化装备设计优化提供基础研究数据支撑,具有重要的学术意义和实用价值。通过试验分析叶菜从土壤中的拔取力、根茎的拉伸力和切割力等力学特性,分析相关因素对叶菜力学特性的影响。在物性测试仪剪切试验的基础上,基于LS-DYNA构建生菜的根茎切割力学仿真模型,并将切割仿真分析和试验研究相结合,进一步分析生菜收获中根茎切割过程中切削力、应力分布和功耗变化,本文的主要研究内容及结果如下:(1)结合叶菜的收获方式,开展了从土壤中拔取叶菜的拔取力试验研究,分别从拔取角度、土壤紧实度、土壤含水率三因素分析了对温室叶菜拔取力的影响,试验结果表明:土壤的紧实度越大,叶菜根茎的拔取力就越大。试验中在土壤紧实度达到468.7KPa,生菜和芹菜拔取力达到最小值8.63N和7.45N。在土壤紧实度达到740KPa时,生菜和芹菜拔取力达到最大值,分别为16.85N和15.08N。在土壤含水率为9.7%,拔取角度为30°时拔取力最小,生菜为8.63N,芹菜为7.45N。(2)为防止叶菜采收过程中叶菜茎叶被拉断,开展了温室生菜和芹菜茎秆的拉伸力学特性研究。分析了叶菜拉伸速率、拉伸位置和茎秆含水率等因素对叶菜茎秆抗拉强度和拉伸载荷的影响,试验结果表明:随着茎秆含水率升高,叶菜茎秆的最大拉伸载荷会逐渐减小,最大拉应力也会减小。在同一拉伸位置和叶菜茎秆含水率条件下,拉伸速度对奶油生菜和芹菜的茎秆的抗拉强度影响并不显著。同一拉伸速度和茎秆含水率时,生菜和芹菜茎秆部位的最大抗拉载荷、抗拉强度要小于根茎结合部的。通过对比试验论证,芹菜每个部位拉伸载荷和抗拉强度极限远远大于生菜茎秆。(3)开展了生菜根茎的剪切力学特性研究,通过单因素、多因素剪切试验,分析剪切速度、滑切角度、剪切位置、剪切刀具类别等因素对生菜根茎剪切的影响。剪切力多因素正交试验和方差分析表明:各因素的影响大小依次是剪切速度>剪切位置>滑切角度,其中剪切速度和剪切位置对剪切力的影响比较显著。对刀具类型进行了单因素设计剪切力试验,试验表明锯齿刀剪切效果比光刀好,在滑切角、剪切位置剪切速度相同的工况下,锯齿刀的最大剪切力要比光刀小1.97N,单因素方差分析显示刀具类型对生菜根茎剪切力影响显著。(4)按照田间收获切割速度的要求,基于LS-DYNA软件建立了生菜根茎切割动力学仿真模型,开展多工况下生菜根茎切割仿真试验分析。在摆切切割试验台上开展生菜根茎切削试验,利用试验台测试数据对生菜根茎切割动力学仿真模型进行了验证,最大切削力实测值与仿真模拟值误差分别在4.9%-9.8%之间,验证了仿真模型的有效性。随着切割速度增加,其破坏应力也在增加。同时得到切割速度0.2m/s、0.5m/s、1m/s工况下的功耗分别为650mJ、0.96J、1.18J,切割功率为0.6W。利用验证的仿真模型进一步对实际工作中给定割刀进给速度的生菜根茎进行切割仿真,表明机具前进速度0.5m/s下切削力和功耗均小于无前进速度模拟工况状态,分别为9.8N、540mJ,切削力和功耗分别减少了34.4%和16.9%。