近年来,国家对种植业做出了相应的调整,我国甘蓝的栽培发展极其迅速。2016年,我国甘蓝种植面积及产量跃居世界第一。在甘蓝生产作业过程中,收获用工量占到了甘蓝生产总量的40%左右,而我国甘蓝仍以人工收获为主,导致劳动强度大、用工量高、生产效率低等问题,严重制约着我国甘蓝产业的发展。我国甘蓝收获装备技术基本属于起步阶段,目前在国内还没有相应地机械装备应用于市场,为了研制适合我国的甘蓝种植模式的收获机械,本文依托于国家重点研发计划项目“蔬菜智能化精细生产技术与装备研发”(项目编号:2017YFD0701300)。结合研究任务,在研制甘蓝收获机的基础上,从甘蓝基础物理特性研究入手,主要对甘蓝进行物理性状参数采集和采收机械力学特性试验性研究;通过对甘蓝收获过程中的动力学和运动学分析,设计甘蓝收获机关键部件,确定甘蓝收获机基本结构参数,创制甘蓝收获机;通过对甘蓝收获机采收过程进行理论分析,确定影响甘蓝收获质量的主要因素和取值范围,并进行试验性研究;以甘蓝损伤率和切根合格率为评价指标确定甘蓝收获机最优化参数组合,进行田间性能验证试验。本文主要研究内容和结论如下:(1)对甘蓝进行基本物理特性参数采集和采收机械力学特性试验性研究。测定收获期内的甘蓝基本物理特性参数,并对甘蓝根茎及球体进行挤压、剪切等采收力学性能试验。试验结果表明:甘蓝的拔取力为(189.25±50.06)N;甘蓝根茎的剪切力随着含水率的增加而减小,含水率最大为92.3%时,其最大剪切力为102.3 N;获取甘蓝根茎的切割力与位移的变化曲线和甘蓝球体的挤压破碎力与位移的变化曲线,并得出相应拟合方程:F_剪=-1.8131x~2+31.374x-2.0673,决定系数为0.9966;F挤=0.1654x~2+23.802x+66.846,决定系数为0.9996。(2)对甘蓝收获机进行了结构设计,确定了整机的工作原理、基本技术参数。对甘蓝收获机的拨禾装置进行设计,确定了拨禾装置的半径为270 mm,叶片数为6片,拨禾速度比λ为1.41;设计了起拔杆装置,起拔杆用橡胶进行贴面设计,增大甘蓝与起拔杆之间的摩擦力,起拔杆间距为28 mm;设计了切割装置,圆盘刀的直径为200 mm,重叠部分为2 mm,中心距为198 mm,刀盘对甘蓝根茎的法向反力与X轴的夹角为30.6°,此时圆盘刀具有良好的钳持性能;设计了夹持输送装置,主要由两根纵向输送带构成,间距为260 mm;通过圆盘刀模态分析可知,刀盘转速在200-500 r/min有效避开前6阶固有频率。(3)通过对甘蓝收获机关键部件理论分析,确定了起拔杆转速、割刀转速、夹带转速和机具前进速度为影响因素及取值范围,并以甘蓝切根合格率和甘蓝损伤率为评价指标,在单因素试验基础上,进行响应面优化试验设计,利用Design-Expert8.0软件,以CCD试验设计原理,设计四因素五水平的回归分析试验,并对影响因素进行了参数优化设计,试验结果表明:起拔杆转速为129 r/min,割刀转速为398 r/min,夹带转速为195 r/min,机具前进速度为1.7 km/h,在此条件下获得最大切根合格率为98.2%,此时的甘蓝损伤率为4.03%。在此参数组合的情况下进行了田间验证试验,得到了平均甘蓝切根合格率为97.6%,甘蓝损伤率为5.24%。