我国是粮食产量大国,原粮一般指未经加工过的粮食总称。原粮包装是将收获后的原粮完整高效地自动装袋封装,以满足后续原粮加工、存储、运输和销售等需要。原粮一般利用原粮包装机械,通过套袋、夹袋与撑袋、充填物料、输送封口等工序实现包装。但东北寒区原粮收获期天气寒冷、冬季时间长,原粮包装机撑夹袋机构的夹袋机构与撑袋机构分别由不同气缸驱动使同步难、效率低,特别是包装期因气温低导致气动系统易结露及工作环境粉尘较大而引起气缸动作怠速、部件动作迟缓或失灵,影响了原粮包装机的包装效率。因此,研制高质高效的原粮包装机对减少原粮包装损失和保障粮食安全具有十分重要的现实意义。本文针对上述问题,为保证和提高北方寒区生产企业原粮包装机的工作效率和可靠性,针对原粮定量包装机的关键部件撑夹袋机构开展了优化设计和较深入的理论分析。提出改气动驱动为电机驱动解决系统结露和粉尘影响大问题,通过只用一台电机驱动夹袋机构并带动一种空间凸轮撑袋机构同步运动完成夹袋、撑袋及回程复位的撑夹袋机构总体方案,优化求解凸轮撑袋机构的压力角和空间凸轮工作廓线、优化设计传动机构、仿真分析撑袋运动和夹袋运动、进行机构控制系统设计与仿真测试、包装材料力学特性试验与撑袋机构的台架试验,旨在为原粮包装机的优化设计、提高工作效率,满足生产实际需求提供理论依据。主要的研究内容和成果如下:（1）介绍了我国粮食种植及其包装现状,以及国内外包装机与撑夹袋机构的研究现状,分析表明国内包装机撑袋机构的研究多利用气缸驱动独立的执行机构或与独立夹袋机构相互配合完成撑袋与夹袋工作,撑袋与夹袋难于同步,影响了包装生产率。（2）撑夹袋机构总体方案设计。通过对原粮包装工艺过程的分析,设计了一种改气动驱动为电机驱动的撑夹袋机构,机构通过一台电机驱动两组四杆机构带动夹袋机构与凸轮撑袋机构同步运动实现撑袋、夹袋和回程复位的运动。为实现的撑袋运动,凸轮撑袋机构配置于夹袋机构两侧,固装于夹袋机构的前咀夹板上。（3）凸轮撑袋机构优化设计。设计了一种随夹袋机构的前咀夹板同步运动的撑袋机构,撑袋杆运动规律选择正弦加速度运动,基于几何坐标变换和矢量法建立凸轮撑袋机构的凸轮工作廓线参数方程,通过凸轮机构受力分析,建立了空间凸轮机构压力角模型。通过单因素分析,确定压力角最优参数组合,即R=6mm、lz’=120mm、φ0=4.5°、lOK=39mm、lON=88mm、θ0=-180°、θ=-170°、φ与 θ 线性关系为θ=20（θ-90）/9+20,凸轮最大角位移δ0=16°。优化设计得到撑袋运动规律和凸轮工作廓线;最大压力角23°小于许用压力角,满足机构工作要求,验证了机构设计的合理性,且提供了一种空间凸轮机构的压力角优化求解方法。（4）夹袋机构的传动系统优化设计。利用MATLAB的优化设计功能,采用分层序列法,对撑夹袋机构的两组四杆传动机构——拉杆四杆机构和推杆四杆机构进行优化设计,优化结果表明,两组四杆传动机构的设计均满足连杆机构设计的杆长条件与最小传动角γmin≥40°～50°的设计要求;转臂转角由46°降低到41°,在电机转速不变的条件下,降低了夹袋机构的开启和闭合时间,提高工作效率。（5）基于ADAMS的撑袋运动与夹袋运动的仿真分析。针对凸轮撑袋机构开展基于ADAMS的撑袋运动仿真分析,模拟凸轮撑袋机构在实际作业中的运动过程,仿真分析表明,撑袋运动规律的仿真分析结果与优化设计结果基本一致;当凸轮角位移分别为δ=5.27°和δ=10.9°时,角加速度仿真分析与优化设计理论值产生最大误差分别为21.35°/s2和-26.33°/s2,误差产生原因一方面是因为凸轮工作廓线建模误差导致;另一方面是由于软件条件所限导致凸轮机构理论接触点与仿真接触点存在空间位置略有偏移所引起。仿真分析,验证了凸轮撑袋机构结构设计的合理性。针对夹袋机构开展基于ADAMS的夹袋运动仿真分析,仿真分析表明,机构角位移仿真结果与理论值吻合,前、后咀夹板运动同步;机构传动角的仿真结果与理论设计结果基本一致,机构传动角最小值的仿真结果均满足连杆机构最小传动角设计要求,验证了夹袋机构结构设计的合理性。（6）塑料编织包装袋材料力学性能试验。通过统计试验数据得到包装袋试样产生拉伸破坏载荷均值为（35.94±5.05）N,拉强度均值为（23.96±2.46）MPa。按照国标HG/T 2729-2012设计摩擦系数测定试验装置,针对企业用包装袋和橡胶之间的摩擦系数进行测定,确定沿包装袋径向方向静摩擦系数和动摩擦系数均值分别为0.695和0.678;沿包装袋纬向方向静摩擦系数和动摩擦系数均值分别为0.697和0.642。试验为电机负载参数计算提供了依据。（7）撑夹袋机构控制系统设计与仿真台架测试试验。在对撑夹袋装置的工作原理和工艺流程分析的基础上,按照其工艺要求,基于STM32单片机控制设计了撑夹袋控制系统。基于STM32的控制功能,利用压力传感器、接近开关、步进电机等元器件搭建仿真测试台架,仿真结果表明,仿真验证过程中控制系统信号、显示、数据记录等功能正常;能够通过压力传感器预定值判断检测和接近开关的检测作用及功能的准确控制;基于STM32单片机的撑夹袋机构控制系统在原理上可行,具有较高的控制精度,能够满足实际作业需求。研究为该撑夹袋机构的控制系统部分整合至整机总体控制系统奠定基础。（8）凸轮撑袋机构的台架验证试验。试验验证了撑夹袋机构的凸轮撑袋机构与夹袋机构能够实现同步运动,考查凸轮撑袋机构设计的合理性及撑袋运动规律。试验表明,撑袋过程中会出现沿夹袋方向的弹性变形,分析得出变形原因可能是由于凸轮机构的压力角过大和撑袋杆刚性不足导致,为凸轮撑袋机构的进一步优化设计研究提供了依据。