我国是油菜生产大国,但油菜的种植效益低,生产成本高,机械化程度低,劳动强度大,费工费时。2013年油菜机械化收获水平不足10%,低水平的油菜机械化技术已成为制约我国油菜产业进一步发展的瓶颈性因素。油菜分段收获适应性强,在我国当前油菜种植制度多样的条件下,是解决油菜机械化收获的重要途径。机械化割晒技术是油菜分段收获的难点,其中技术关键是输送与铺放技术。研究油菜割晒作业禾秆输送铺放机理,开发油菜割晒机,对解决我国油菜分段收获问题,提高油菜生产机械化水平,保证我国粮油生产安全有重要意义。本论文针对油菜割晒作业输送铺放技术问题,农机农艺结合,研究机械化割晒作业适应性与油菜植株相关特性之间的关系;理论分析与试验相结合,研究油菜割晒作业铺放质量评价指标及其影响因素以及割晒作业过程中茎秆的输送铺放过程,构建油菜割晒作业茎秆输送铺放特性;采用田间试验手段,对影响油菜割晒作业输送铺放质量的因素进行单因素和多因素试验,参数优化,构建油菜割晒作业装备。主要研究内容和结果如下:(1)研究了与机械化割晒作业相关的油菜相关特性。从适合机械化割晒作业角度出发,油菜植株应半矮杆、抗倒伏,植株紧凑,花期集中,成熟比较一致,抗裂角。筛选了与油菜机械化割晒相关的特性,主要包括各分枝到植株根部高度,各分支长度,各分支与主茎秆的夹角,最大冠层离地面高度,最大冠层直径,株高等。试验证明,不同种植方式与不同栽培方式下油菜植株生物学特性对油菜割晒作业的影响不同,直播油菜较移栽油菜适合于割晒作业,试验比较了 5种油菜品种,得出10月中上旬直播,种植密度30-45万株/公顷,可以实现产量最大,同时,株型矮化紧凑,适合于机械化收获。研究了油菜成熟度、适收期与割晒作业适应性的关系,给出了油菜适割期判断方法:植株上70%左右的角果呈黄绿色,主轴中部角果呈琵琶色。研究了油菜茎秆的摩擦特性和油菜角果的抗裂角特性,抗裂角指数变化范围在0.0075至0.845之间,破损力的变化范围为0.5031至3.9999N之间。研究了油莱割晒作业的后熟作用,通过试验发现,油菜割晒的后熟作用可以增加油菜产量,只要割晒时间掌握恰当,可以改善油菜籽品质。(2)对油菜割晒机进行了设计。主切割器选择国标Ⅱ型往复式切割器,分析了割刀运动的速度、加速度。推导了割刀位移和速度之间,机器前进速度、割刀速度、割刀结构参数之间的关系,试验得出了主切割器切割力最小的最佳切割速度1.5m/s。竖切割器采用往复式双动刀切割器,选用整体小刀片,直接传动,在排禾口相对的割台一侧配置。给出了竖切割器与主切割器的相对位置关系,竖切割器与主切割器的前伸量应在200-400mm之间,在竖切割器机架刚度允许的情况下,可取较大值,以减少扰动区。分析了竖切割器安装倾角与割晒损失率之间的关系,给出了竖切割器安装倾角,向后、向割晒台外侧倾斜10°-15°。采用5幅半径为500mm的拨禾轮,转速为12～42r/min,拨禾节距0.4。在分析拨禾轮对油菜茎秆的作用过程基础上,推导了拨禾轮与割刀之间的位置关系。拨禾轮中心与割刀的水平距离调节范围应为0～276mm,中心的高度应大于1100mm。研究了输送装置结构形式。给出了拨禾轮推送角与输送带安装倾角之间的关系,安装倾角取10°～20°。分析了输送装置与主切割器之间的位置关系,割刀和输送装置前端之间的水平距离一般不超过300mm。输送装置前端与割刀的垂直距离不超过125mm。给出了输送带的输送速度为4m/s。在排禾口设置横向拨动装置与纵向拨动装置,将排禾口处输送带上的油菜茎秆周期性的剥离输送带,保证铺条形状。(3)研究了油菜割晒作业铺放质量影响因素。筛选了适合于油菜割晒作业输送铺放质量的评价指标,制定了油菜割晒作业输送铺放质量要求:总损失率≤1.0%、铺放角≤45°、角度差≤30°、根差≤ 150mm、割茬高度≤ 300mm。油菜割晒机是一种有许多输入和输出变量的复杂动态系统,构建了油菜割晒机输送铺放质量数学模型并对输送和铺放相关因素进行了描述。影响铺放质量的因素主要包括油菜的生物形态、割晒时油菜的成熟度、机器结构参数与作业参数之间的关系。株高在1.3～1.7m,黄熟期的油菜割晒作业时,保持机器前进速度、输送带速度、拨禾轮转速三者之间相互协调,排禾口高度满足要求、横向拨动机构作用节奏与输送带速度相互匹配就能满足输送铺放质量要求。(4)研究了割晒作业过程中茎秆的运动规律。采用平面刚体位移矩阵分析方法,得出了拨禾轮对油菜茎秆作用过程中油菜茎秆上任一点的轨迹方程,分析了油菜茎秆的受力和速度以及茎秆束压缩宽度和压缩波传递速度,推导了压缩程度与生长密度、拨禾轮运动参数之间以及压缩波传播速度与机器前进速度之间的关系。对排禾口横向拨动装置和纵向拨动装置对油菜茎秆作用过程进行了运动学和动力学分析,给出了油菜茎秆在输送带上保持整齐不倾斜和输送带同步向排禾口输送必须满足的条件。采用田间茎秆染色法对茎秆输送铺放过程展开了研究。茎秆在输送带上呈分层状态,输送过程中会发生转角,输送带上茎秆的穗幅差与条铺中茎秆的穗幅差相关,在排禾口处油菜茎秆翻转落地。研究了油菜割晒作业输送滞后特性,给出了割晒机喂入量转变为排禾口茎秆输出量的规律。(5)以减小铺放角、铺放角度差,降低割晒损失率为目标,优化设计油菜割晒机结构参数和运动参数。通过单因素试验对影响铺放角、铺放角度差、割晒损失率的因素进行了分类,综合单因素试验结果确定影响输送铺放质量的主要因素为输送带倾角、机器前进速度、拨禾轮转速、输送带速度。通过响应曲面法,得出了输送带倾角、机器前进速度、拨禾轮转速、输送带速度对铺放角、铺放角度差、割晒损失率的回归方程数学模型,对模型进行了显著性检验,确定了因素重要性顺序,分析了单因素效应和双因素效应对因素影响规律。对回归方程的设计参数进行优化,确定了一组最优的参数组合:输送带倾角15.53°、机器前进速度0.65m/s、拨禾轮转速15r/min、输送带速度3.96m/s。测定指标的优化值为:铺放角26.33°、铺放角度差22.825°、割晒损失率0.53%。对4SY-2.0型油菜割晒机进行了参数优化设计,测得铺放角27.45°,铺放角度差2 3.16°,割晒损失率0.61%。试验指标值基本符合优化试验给出的指标值。对4SY-2.0型油菜割晒机进行了检测,铺放质量指标为:铺放角32.56°,铺放角度差21.68°,割晒损失率0.65%,满足油菜分段收获后继作业要求。