红花是一种重要经济作物,其花丝可以作为油料、染料、天然色素等,但人工采摘成本高、效率低,严重限制了红花产业化发展,因此实现红花丝机械化采收迫在眉睫。目前红花丝采摘机械主要为手持背负式,但存在效率不高,劳动强度大等问题,并未得到推广应用。本文根据课题组研制的梳夹式采摘头在等高度状况下的采收效果,提出一种梳夹式采摘头组件,在空间布置多组梳夹式采摘头,采用气吹-气吸结合方式收集,对提高花丝采摘效率,降低花球和茎秆损伤,实现红花丝的机械化采摘具有重要意义。论文主要研究内容如下:(1)对红花种植模式和花球在植株分布状况进行测定,测得红花植株外侧花球随着高度降低,花球逐渐向外侧分布,测量拟合后得到外侧花球高度随水平位置变化的分布模型;外侧花球随着高度逐渐降低,花球倾角增大,测量拟合后得到外侧花球倾角随高度变化的分布模型。根据植株倒伏试验测得裕民无刺红花所能允许的最低触碰高度为250 mm;由限位间隙测定试验得到在限位杆与梳夹式采摘头之间的限位间隙为3 mm,梳夹式采摘头转速为83 r/min时,单个梳夹式采摘头采收等高度花丝效果理想。(2)根据红花采收期短、需要分批采收等特点,结合类似作物的收获方案,设计了梳夹式采摘头组件整体结构方案,并对关键部件进行了具体参数设计。根据外侧花球高度分布模型,设计四组梳夹式采摘头呈弧形布置在竖直方向上,覆盖红花植株,实现机械化盲采;根据外侧花球倾角分布模型,结合梳夹式采摘头安装位置确定了梳夹式采摘头对应端面凸轮的安装角度。根据限位间隙值和花球外形参数设计了梳夹式采摘头护罩,并针对收集方案设计了花丝输送气吹口,对花丝进行气力输送。(3)分析了花丝在采摘齿上的受力情况,得到输送花丝所需的最低风速,并通过ANSYS/Fluent平台模拟梳夹式采摘头组件气吸收集方案,得到在5组花丝输送气吹口进风口风速为7 m/s,射流管进风口风速为15 m/s时,腔体内风速最低为2.9 m/s。对模拟结果分析,优化结构,在加装导流板和钢丝刷后,可改善腔体内气流流向,降低梳夹式采摘头旋转对收集过程的影响,完成对花丝的输送收集过程。(4)搭建梳夹式采摘装置物理样机,通过试验分析梳夹式采摘头组件布置参数,得到最优布置参数组合为:顶部位置差198 mm,中间位置差200 mm,顶部高度差108 mm,中间高度差135 mm,在该参数组合下试验得到整株采净率为79.55%,含杂率为1.52%,采摘质量度为0.9。通过试验分析梳夹式采摘头对应凸轮安装角度,得到最优凸轮安装角度组合为:从顶部开始至组件底部四组凸轮安装角分别为2°,10°,25°,40°,在该参数组合下试验得到整株采净率为77.27%,掉落率为2.62%,采摘质量度为0.9。