水稻是我国主要的粮食作物之一,水稻产量超过粮食总产量的三分之一。再生稻是一种采用独特的栽培管理措施,可实现“一种两收”的水稻品种,广泛分布于单季稻热量有余而双季稻热量不足的地区,具有充分利用温光资源的优点。再生稻茎秆粗壮,其头季稻收获时茎秆与籽粒含水量大,机械化收获时损失大、功耗高、易堵塞滚筒。为解决再生稻的脱粒问题,本课题依据再生稻的农艺要求及物料特性,设计了一种小型横轴流杆齿式脱粒分离装置,可同时满足再生稻头季与普通水稻的脱粒需求,对其脱粒性能与功耗进行了室内台架试验,分析试验数据,提出了优化改进措施。主要内容如下:(1)进行了水稻物料特性研究,水稻品种为“黄华占”,分析了茎秆横截面积与其最大弯曲破坏力、破坏极限的关系,测量了水稻株高、自然高度、穗头长度与穗尖离地高度等。(2)依据再生稻物料特性,研制了一种喂入量为0.8 kg/s的小型横轴流杆齿式脱粒分离装置,通过分析工作原理与对比不同的结构形式,确定了脱分装置的结构与运动参数。为测试其工作能力与功耗,利用扭矩转速传感器与扭矩功率仪等设备搭建了横轴流脱粒分离性能测试平台。(3)以滚筒转速为试验因素,对其进行单因素室内台架试验,试验结果表明:随着滚筒转速的升高,黄华占、中香1号、晚粳22的未脱净率呈下降趋势,杂余含量则呈上升趋势,夹带损失率无明显规律;转速800 r/min~1200 r/min时,滚筒对晚粳22的未脱净率及杂余含量低于黄华占、中香1号,表明再生稻与常规稻的品种及物料特性差异对脱粒性能存在影响,常规稻比再生稻脱粒容易,且脱出物杂余含量较小,本滚筒适宜工作转速为1000 r/min~1200 r/min。(4)以晚籼98为试验材料,利用脱粒分离性能测试平台对所设计脱分装置进行性能试验,试验结果表明:喂入量0.8 kg/s,滚筒转速1100 r/min时,滚筒的夹带损失率为0.98%,未脱净率为0.097%,脱出物杂余含量为31.17%。(5)以晚籼98为试验材料,以喂入量为试验因素,对其进行单因素室内台架试验,试验结果表明:随着喂入量的增加,滚筒在包括稳定工作段内的各个时间段内的扭矩、功耗均明显增大。当达到设计喂入量0.8 kg/s时,该滚筒稳定工作平均功耗为4.51 kW,平均扭矩为52.50 N·m,各齿条平均受力为53.5 N。水稻脱粒过程复杂,稳定工作段滚筒扭矩与功耗相互对应且均维持在较高水平,功耗瞬时值在其平均值上下波动较大,瞬时最大功耗甚至高于平均值25%。(6)以晚粳22为试验材料,以滚筒转速、导草板导角和脱粒间隙为试验因素,以未脱净率、滚筒功耗和脱出物杂余含量为指标进行三元二次回归正交旋转组合试验,试验结果表明:在试验范围内,滚筒转速与导草板导角对未脱净率和脱粒功耗均有极显著影响,脱粒间隙对功耗有极显著影响,对未脱净率影响不显著,各因素交互作用对试验指标存在影响,但未达到显著水平。对于未脱净率,各因素影响大小依次为:滚筒转速>导草板导角;对于功耗,各因素影响大小依次为:滚筒转速>脱粒间隙>导草板导角。多目标优化后的最佳参数组合为:滚筒转速1139 r/min,导草板导角10°,脱粒间隙33 mm,此时理论未脱净率为0.034%,理论滚筒功耗为4.86kW。