我国玉米秸秆年产量高,作为一种重要的生物质资源,其利用的关键是如何提高其价值。玉米秸秆主要由皮、瓤、叶三部分组成,每一部分的物理性质与营养成分各不相同,直接使用导致整秆利用效果不佳,其中叶片与瓤含有丰富的粗蛋白和粗脂肪,是优质的动物饲料、基料和酿酒材料等,秸秆皮的木质素和纤维素含量较高,可用于造纸和人造板等。因此为实现玉米秸秆的高值化利用,将玉米秸秆的皮、瓤、叶进行有效分离十分重要。本文在对玉米秸秆皮、瓤、叶基础力学特性研究的基础上,设计了一种玉米秸秆皮瓤叶分离装置,并对该分离装置进行了理论分析与试验研究。本文主要研究内容与结论如下:(1)玉米秸秆皮瓤叶分离相关的基础力学特性研究。利用万能试验机和自制夹具等,分别对玉米秸秆皮、瓤、叶间的力学特性随节位和含水率的变化规律进行研究。得出秸秆茎叶顺向、逆向、垂直(三向)拉伸时茎叶连接力按节位从根部至顶部逐渐增加的规律;得出随着含水率的增加茎叶三向拉伸时最大茎叶连接力与结合强度先增加后减小的规律;三向拉伸时茎叶连接力与结合强度随节位和含水率的变化规律均为:顺向拉伸>垂直拉伸>逆向拉伸的规律,且逆向拉伸为撕裂破坏,顺向拉伸为拉伸破坏;随着节位的增加秸秆外皮的抗拉与剪切强度均降低;秸秆皮的抗拉强度与剪切强度随含水率的升高逐渐增加;随着节位的增加秸秆瓤的抗拉与剪切强度均降低;秸秆瓤的抗拉与剪切强度随着含水率增加先增加后降低。(2)玉米秸秆茎叶分离性能试验。以打击、搓擦除叶方法,提出一种定动除叶齿板相结合除叶模式,设计了玉米秸秆茎叶分离装置,并对玉米秸秆茎叶分离机理及秸秆受力情况进行了分析。利用ANSYS软件对除叶机构关键零件定除叶齿板进行了有限元分析,在工作载荷条件下其力学性能在所选材料力学性能合理范围值内。以除叶率作为评价指标,喂入辊线速度、除叶辊转速和弹簧线径作为试验因素,对玉米秸秆茎叶分离性能进行三因素三水平正交试验研究,结果表明除叶辊转速、喂入辊线速度影响极显著,弹簧线径影响显著,经优化得到较优因素组合方案:弹簧线径1.4mm、喂入辊线速度1m/s、除叶辊转速700r/min。(3)玉米秸秆皮瓤分离性能试验。组合切割剥瓤与下抛原理,设计了一种剥瓤辊下置式剥瓤装置,并对玉米秸秆皮瓤分离机理及秸秆受力情况进行了分析;对剥瓤节距进行分析,得出了影响瓤粒长度主要因素为碾压辊转速与剥瓤辊转速比、切刀数量;对抛瓤轨迹进行分析,并结合秸秆外皮弯曲特性,得出外皮输出辊组与剥瓤机构的轴心距应小于350mm,瓤粒能够落在指定收集区域、外皮可以顺利输出;利用ANSYS软件对剥瓤机构关键零件切刀进行有限元分析,在工作载荷条件下其力学性能在所选材料力学性能合理范围值内;以瓤残留率和外皮破损率作为评价指标,切刀安装角度、切刀数量、切刀与顶板之间的间隙和剥瓤辊转速为试验因素,对玉米秸秆皮瓤分离性能进行四因素三水平正交试验,试验结果表明对于瓤残留率:切刀数量与切刀与顶板间隙影响极显著,剥瓤辊转速显著,切刀安装角度影响较显著;对于外皮破损率:剥瓤刀角度与剥瓤刀与顶板间隙影响极显著,剥瓤刀数量影响显著,剥瓤辊转速影响较显著,经优化得到较优因素组合方案:剥瓤刀角度45°、剥瓤刀数量6把、顶板与剥瓤刀之间的间隙1.8mm、剥瓤辊转速780r/min。(4)玉米秸秆皮瓤叶分离机设计与测试。在上述研究基础上,设计了玉米秸秆皮瓤叶分离机。采用ANSYS软件对机架进行了模态分析,结果表明激振源的频率与机架固有频率不会发生重合,机架不会产生共振现象;依据上述优化参数对玉米秸秆皮瓤叶分离机进行了验证试验,试验表明该机除叶率为97.7%,瓤残留率为2.5%,外皮破损率为2.7%。验证试验表明,玉米秸秆皮瓤叶分离机运转性能稳定。