杂粮作物是我国北方长期栽培作物,近年来我国杂粮种植面积逐步扩大,杂粮产业不断发展,然而杂粮作物收获仍多采用人工收获,工作效率低,劳动强度大,没有配套研发专用的杂粮收获机型,采用改进的稻麦或谷物联合收获机收获杂粮作物,仍面临清选损失大,含杂多的问题,影响了种植效益的提高,制约着杂粮产业的发展,因此本文对杂粮作物机械收获脱出物清选相关特性及装置进行了理论分析与试验研究,结果如下:(1)对谷子、荞麦、燕麦作物机械收获脱出物清选相关特性及装置进行了理论分析与试验研究。采用国标测量方法测量了三种作物机械收获脱出物的与清选相关的物理性质,具体包括作物草谷比、脱出物组成、脱出物各组分含水率、形态尺寸、籽粒千粒重、密度、容积密度、与不同材料间摩擦系数、摩擦角、悬浮特性。所测得的相关物性参数为后续清选特性及装置的研究提供了数据支持。(2)设计了一种适用于三种杂粮作物脱出物等农业物料的气吹式农业物料悬浮速度测量试验装置,并利用该装置,根据相关悬浮速度测量国标要求,设计进行了分段悬浮试验测量三种杂粮作物脱出物各组分的悬浮速度,测得:谷子作物机械收获脱出物籽粒、穗瓣、茎秆、叶子的悬浮速度分别是:4.29~8.88、1.03~5.48、1.71~5.33、1.03~3.09 m/s;荞麦作物机械收获脱出物籽粒、分枝、茎秆、叶子的悬浮速度分别是:4.47~10.18、1.85~5.18、2.80~8.37、0.76~2.99 m/s;燕麦作物机械收获脱出物籽粒、种皮、分枝、茎秆、叶子的悬浮速度分别是:4.35~11.01、0.62~1.71、1.62~4.52、1.14~6.28、0.91~3.56。分析了脱出物各组分间的悬浮速度差距。后续进行试验分析脱出物各组分含水率对其悬浮速度的影响,试验结果表明:随着含水率的减小,脱出物各组分间的悬浮速度差距增大,利于风选分离;脱出物悬浮速度随其含水率的增大而增大;建立了杂粮作物脱出物悬浮速度与其含水率的关系,有利于据此选择合适的清选风速。(3)根据联合收获机清选装置特点和农机设计手册要求,设计了一种风筛式杂粮作物脱出物清选试验装置,试验装置清选喂入量、清选风速、风向、振幅、频率可调,调节范围可满足谷子、荞麦、燕麦等多种农作物机械收获清选工作参数要求,并可实时监测其清选室进风口处风速。(4)运用达朗贝尔原理对振动筛筛分脱出物的动力学特性进行了理论分析,并利用ADMAS软件对单个脱出物在筛面的运动受力情况进行了仿真分析,仿真结果与理论分析结果相一致,证明振动筛结构及振动参数设计合理。采用FLUENT软件对清选试验装置清选室无脱出物喂入时的流场分布情况进行了仿真分析,分析结果表明清选室内筛子附近的流速总体均匀,无旋涡和回流,清选室结构设计合理。(5)在清选试验装置上,对谷子、荞麦、燕麦作物脱出物进行了单因素清选试验、响应面试验及最优水平组合验证试验,试验结果表明:三种杂粮作物脱出物的清选损失率均随清选风速、振幅、频率的增大而增大,清选含杂率随清选风速、振幅、频率的增大而减小;清选风速、振幅、频率对三种杂粮作物脱出物清选指标的影响效应均显著,而清选风向对三种杂粮作物脱出物清选指标的影响效应均不显著。谷子作物脱出物最优清选工作参数水平组合为:风速4.19 m/s、风向30.28°、振幅21.86 mm、频率218.36 r/min,其最小清选损失率为1.85%,含杂率为8.55%。荞麦脱出物最优清选工作参数水平组合为:风速5.85 m/s、风向32.22°、振幅25.91 mm、频率186.38 r/min,其最小清选损失率为5.79%,含杂率为8.74%。燕麦作物脱出物最优清选工作参数水平组合为:风速4.33 m/s、风向37.48°、振幅25.10 mm、频率185.72 r/min,其最小清选损失率为5.08%,含杂率为8.64%。三种杂粮作物脱出物清选最优水平组合验证试验结果与其预测结果均相接近,三种脱出物的清选工作参数最优水平组合可取。