甘蓝是一种结球类蔬菜,在我国大部分地区均有广泛种植。目前,我国的甘蓝收获仍需依靠人工作业,劳动强度大、人工成本高、生产效率低等负面效益正日渐凸显。采用机械化收获是解决上述问题最切实可行的方法。本论文以我国南方江浙地区的甘蓝为研究对象,在甘蓝物理力学特性研究的基础上,结合虚拟样机技术与田间试验,设计并试制了一种履带自走式甘蓝收获机物理样机;研究了适宜于机械化收获的甘蓝种植农艺规范;开发了一套甘蓝动态称重系统。主要研究内容和结论如下:(1)甘蓝物理力学特性的研究。选取了江浙地区的主要甘蓝品种,测量了甘蓝的主要物理形态参数。统计结果表明,甘蓝品种之间、同品种甘蓝个体之间都存在着一定的差异性。基于化学分析仪器和万能试验机,进行了甘蓝根茎部的切割部位试验、切割力正交试验、切割劈裂破损试验。试验结果表明,影响甘蓝根茎部切割力指标的主要化学组成成分是粗纤维,最大切割力和平均切割力均与粗纤维含量呈线性关系,相关系数R~2分别为0.9491和0.9756,甘蓝根茎部直径为30～35 mm的区间为最佳切根区域。在甘蓝收获机切根装置的设计中,应考虑采用单点夹持方式,滑切和向下削切的切割方式,同时设置较低的切割速度;为降低单点夹持方式下的劈裂破损水平,建议切割位置在切割面直径32 mm处,滑切角和切割速度分别设置成30°和300 mm/min的参数组合。(2)履带自走式甘蓝收获机及关键部件的设计、分析与整机集成。在甘蓝物理力学特性研究的基础上,比较分析了甘蓝收获机的动力底盘行走方式、拔取方式、输送方式、切根方式、剥叶方式,确定了履带自走式甘蓝收获机的收获工艺流程和总体方案。利用三维设计软件和有限元分析软件,设计了一种引拔铲配合拨轮的铲式拔取装置,一种双横向输送带配合锯齿式输送链的输送提升装置,一种莲座切割的双圆盘刀式切根装置,一种辊式剥叶装置,以及液压动力系统,试制了甘蓝收获机物理样机。经过调试与改进,本论文的甘蓝收获机设计方案可行,各工作部件均运转正常,性能稳定,能够完成甘蓝的拔取、输送、切根、剥叶、装箱等基本作业。(3)履带自走式甘蓝收获机的田间试验与改进。提出了甘蓝收获机田间作业与性能检测的方法,进行了6轮履带自走式甘蓝收获机的田间测试试验,完成了田间检测。结合田间测试试验结果,改进了甘蓝收获机的引拔铲、防陷托板、双横向输送带、锯齿式输送链、切根装置等关键部件的结构与参数。检测结果表明,该甘蓝收获机适宜收获球径为15～25 cm的甘蓝,纯生产率为0.21 hm~2/h,拔取率为97.4%,切根合格率为89.8%,剥叶合格率为88.2%,作业损失率为4.8%。(4)适宜于机械化收获的甘蓝种植农艺规范的研究。对比传统甘蓝种植模式,提出了一种适宜于机械化收获的甘蓝种植农艺规范,进行了不同种植模式、不同甘蓝品种条件下的甘蓝收获机田间对比试验。试验结果表明,符合农艺规范的甘蓝种植有利于提高收获机的作业性能,拔取率均值提高了 5.6%,切根准确率均值提高了 3.3%,而作业损失率均值降低了 6.4%;甘蓝收获机在收获不同甘蓝品种时表现出不同的作业性能,在收获尖包形态的春丰甘蓝时,拔取率均值比在收获圆包形态的兰州包时高出将近8.3%,切根合格率均值和切根准确率均值分别下降了 6.0%和8.9%,但作业损失率相差并不大。(5)甘蓝动态称重系统的开发。为了开发出甘蓝收获机的田间测产系统,设计了一种基于动态称重技术的甘蓝称重系统试验平台,包括机械结构部分和基于LabVIEW的数据采集部分,完成了系统的设计、试制、调试、传感器的标定与校准、有效称重数据的提取。实验室试验结果表明,该系统在输送速度分别为0.1m/s、0.2m/s和0.3m/s时,称重数据与实际数据的R~2分别为0.9918、0.9874和0.9845,表现出良好的称重准确性和稳定性。本论文研制的履带自走式甘蓝收获机,采用全液压动力系统,结构紧凑、设计合理,检测结果表明该甘蓝收获机已具备甘蓝机械化收获的能力。提出的适宜于机械化收获的甘蓝种植农艺规范,有利于提高甘蓝收获机的作业性能。开发的甘蓝动态称重系统试验平台,是后续实现甘蓝收获机田间测产系统的基础。上述研究为我国甘蓝的机械化收获提供了理论与研究依据,有助于我国甘蓝的收获朝着机械化、自动化、智能化的方向发展。