随着马铃薯需求量的不断加大,种植面积和规模大幅攀升,实现马铃薯机械化收获,对于提升马铃薯生产效率,确保马铃薯产业的健康可持续发展大有裨益。薯秧分离是马铃薯机械化收获的关键环节,目前北方黏壤土条件下收获机械类型较多,导致作业质量差别较大,主要表现在采用马铃薯杀秧机和未配套安装薯秧分离装置的收获机作业时,会出现杀秧机刀具打碎块茎以及分离装置堵塞等情况;在未进行杀秧作业的条件下,秧蔓因表皮含水率过高而未完全木栓化,存在一定的韧性和强度,在此种工况下,未安装薯秧分离机构的马铃薯收获机作业时,会降低一定的薯秧和薯土分离效果,导致收获后含杂率和破皮率过高,出现收获质量下降等问题;国外针对大地块马铃薯种植模式,采用安装多级薯秧分离装置的大型收获机进行作业,薯秧分离效果显著提升,由于机具体积过大,田间地头转弯性较弱且油耗较高,增加了作业成本,不适宜北方地区的作业条件,薯秧分离装置配套安装的关键部件体积较大,不适宜安装在中小型收获机上。针对上述问题,通过对北方一季作区作业模式和国内外薯秧分离装置工作原理的调研,选取关键部件的类型,确定最佳设计方案,通过对薯秧分离过程中的运动机理分析确定装置的主要工作参数,加工试制薯秧分离装置并进行田间试验,主要内容如下:(1)在8-10月的马铃薯生长及收获期内,进行薯秧的生长特性、基本力学参数以及田间基本情况的测定,包括薯秧的株形、生长状态、秧茎高、含水率、秧蔓弹性模量、薯秧的分离力、块茎的轴向尺寸以及土壤含水率和坚实度等,为薯秧分离装置的设计、分离过程的运动机理分析提供基础数据。(2)调研国内和国外广泛使用的马铃薯收获机薯秧分离装置的工作模式、结构、工作原理以及油耗等实际情况,结合北方一季作区的农艺要求,采用挡秧杆和摘秧辊配合除秧的结构,一级升运分离筛主驱动辊和副驱动辊配合防缠绕的方式,设计导秧摘辊式薯秧分离装置,设计一级升运分离筛主驱动辊和副驱动辊长度均1968mm,直径194mm,摘秧辊长度1825mm,直径83mm,两侧配有调节板,调控摘秧辊与一级升运分离筛之间的距离,挡秧杆杆条间距120mm,配重平衡球单个重10kg,杆条与配重平衡球均为十组,挡秧杆调节臂的调整范围15°-60°,在整个薯秧分离装置两侧装有调节及动力传输机构,在自由状态下,使装置停止作业,降低损耗节约成本。(3)通过对分离过程中的薯秧进行运动学、动力学以及弹性力学分析,包括块茎和秧蔓自身的运动规律,得出影响薯秧分离装置作业效率的主要因素,除薯秧自身的物理性质外,还包括一级升运分离筛主驱动辊转速、摘秧辊转速、摘秧辊和一级升运分离筛之间的距离,确定满足薯秧分离条件的最佳工作参数范围:摘秧辊转速3.0-9.0r/s,一级升运分离筛主驱动辊的线速度0.8-2.4m/s,摘秧辊与一级升运分离筛之间的距离2-3cm。(4)试制薯秧分离装置,按照标准规定方法进行田间试验,试验评价指标选取破皮率和含杂率,根据薯秧分离过程的机理分析和Ansys仿真模拟确定的主要影响因素和参数水平范围,进行二次正交旋转组合试验,探究最佳参数组合,对试验结果进行分析并优化参数;在试验田进行大面积收获作业,完成验证试验,测定装置的分离效果,验证参数选取的合理性,结果显示:当摘秧辊转速6.0r/s、一级升运分离筛主驱动辊线速度1.6m/s、分离筛主驱动辊与摘秧辊距离2.5cm时,相应的试验指标含杂率2.4%,破皮率1.4%,该指标优于行业标准。本文所设计的导秧摘辊式薯秧分离装置,可有效提升薯秧分离作业效率,为薯秧分离装置的设计和优化提供了技术参考和理论支撑。