圆草捆打捆机适用于天然及种植草场的收获作业,亦可较好的适用于农作物秸秆的收获,广泛应用于我国内蒙古地区。近年来,国内学者主要以小型圆捆机（草捆直径在1.0m以下）为研究对象,针对玉米秸秆及稻秆进行了草物料卷压过程中一般工程力学及流变学试验研究,对圆捆机优化设计具有指导意义。大圆捆机生产草捆直径在1.0m以上,具有较高的市场占有率。因此,本文以大圆捆机为研究对象,选择内蒙古种植面积较大的牧草——紫花苜蓿为试验物料,利用自制的试验台对紫花苜蓿卷压特性进行分析,结合草捆成型有限元模拟结果,获取草捆成型过程中的主要影响因素并建立本构模型,同时基于Android平台设计一套圆捆机打捆过程监控系统,为圆捆机参数优化提供理论基础及技术支持。根据紫花苜蓿卷压特性试验要求,首先设计了圆捆机卷压试验台,搭建了卷压力数据采集系统;其次利用正交试验设计方法,在含水率约为18.0、21.0和24.0%,喂入速度为1.11、1.39和1.67m/s,钢辊转速为106.0、126.0和146.0r/min条件下进行了 3因素3水平紫花苜蓿卷压试验。利用最小平方法对压缩应力和压缩密度试验数据进行非线性回归分析,得到了紫花苜蓿压缩过程中压缩应力与压缩密度之间的关系可采用二次多项式函数描述。在对应力松弛试验曲线和模型原理分析的基础上,确定了不同含水率、不同喂入速度、不同钢辊转速下紫花苜蓿应力松弛行为均可采用2个Maxwell元件和1个弹簧元件并联组成的广义Maxwell模型模拟。对正交试验结果进行方差分析,得出各因素对最大压缩应力、应力松弛时间、最小平衡应力的影响主次顺序一致,皆为含水率>喂入速度>钢辊转速。分析各因素对指标的影响,得到在试验范围内最大压缩应力随含水率的增加而减小,随喂入量的增加而增大;应力松弛时间随含水率、喂入速度、钢辊转速的增加而减小;最小平衡应力随钢辊转速、含水率的增加而减小,随喂入速度的增加而增大。为进一步了解卷压机理,获取草捆内部应力分布规律和应力松弛曲线,利用有限元方法对草捆卷压成型过程进行了模拟,模拟分压缩和应力松弛两个阶段。在压缩阶段,将紫花苜蓿视为弹塑性物料,建立了其修正Druker Prager Cap模型,利用万能试验机以及自制的压缩装置,进行单轴压缩试验获取了模型中的参数,通过任意拉格朗日-欧拉方法控制物料流动实现了紫花苜蓿压缩过程的模拟;在应力松弛阶段,采用Prony级数描述其粘弹性行为,通过对草捆施加-0.001 m位移载荷,进行瞬态分析实现了应力松弛过程的模拟。模拟结果表明,在压缩阶段紫花苜蓿压缩后的内部应力由外向内逐渐减小,草捆外层中间应力低于两侧应力;在应力松弛阶段模拟得到的应力随时间变化规律与试验得到的应力随时间变化规律一致,且吻合度较高。t检验结果表明有限元模拟得到的草捆内部应力分布预测值和应力松弛应力预测值与试验值无显著性差异,说明本文构建的有限元模型能够较好的描述紫花苜蓿压缩和应力松弛过程。基于Android平台设计了圆捆机打捆过程监控系统。系统通过数据采集单元采集草捆重量、草捆个数、油压、圆捆机扭矩等参数信息,控制单元将采集到的数据通过SIM800A模块发送至云平台,通过串口接收中断接收云平台转发的控制指令,驱动执行机构动作实现开关仓门、捆绳和溢流阀溢流压力调节的打捆过程控制。Android平台通过对云服务器自主访问,实现打捆过程的实时监控。测试结果表明,该系统各项功能表现稳定,数据丢失率小于5.0%,信息获取延迟时间小于2.0 s,控制及时、正确,满足圆捆机打捆远程监控的要求。