针对育种小麦籽粒在脱粒过程中存在机械损伤大的问题,对育种小麦的损伤机理进行了试验研究,并对育种小麦的力学特性进行有限元分析,然后从宏观和微观角度分析了小麦籽粒中裂纹的产生及扩展机理,并根据研究结论对小区小麦育种脱粒机的脱粒装置进行优化改进,最后进行了整机性能的试验研究。本文主要进行了以下几个方面的研究:(1)研发了一台小区小麦育种脱粒机。根据小麦育种试验种子脱粒方法和农业技术要求,通过理论分析和对主要工作部件的设计计算,研发了一台小区小麦育种脱粒机,该机主要由喂入装置、脱粒装置、输送装置和分离清选装置等组成。可实现小麦脱粒机高脱净、无滞种且移动轻便的作业要求,提高了小麦育种收获工作效率、降低育种作业的劳动强度。(2)研究分析了小麦穗头的脱粒过程及籽粒的破损机理。借助CMT2502型电子万能试验机对育种小麦进行颖壳拉伸试验、籽粒的压缩损伤试验和剪切损伤试验,对小麦穗头的脱粒过程和小麦籽粒的破损机理进行了分析和研究,结果表明:小麦颖壳在穗轴的不同部位所受的力不同,竖直拉伸时所需的力比倾斜拉伸大;在小麦籽粒的损伤机理试验中,育种小麦籽粒的含水率、放置方式、品种对其力学性质有极大的影响。(3)分析了小麦籽粒在不同部位受压载作用下的应力分布及其损伤状况。在建立育种小麦籽粒几何模型与有限元计算模型的基础上,运用有限元仿真的分析方法对小麦籽粒在不同部位受压载作用下的应力分布进行了分析,获得了育种小麦籽粒在不同部位受压缩载荷作用的力学性质,从而为进一步分析研究育种小麦籽粒的损伤机理、优化脱粒装置提供理论依据。并对育种小麦籽粒外部损伤和内部损伤籽粒裂纹进行观察分析,其中小麦籽粒的外部损伤主要为籽粒表面出现断裂,内部损伤主要表现为籽粒的内部应力裂纹,分析结果证明育种小麦籽粒宏观破裂位置、微观裂纹位置及破裂方向与有限元分析是一致的。这说明采用有限元的分析方法,能够得出育种小麦籽粒在不同的部位受压缩载荷作用下的力学性质。(4)优化改进了小区小麦育种脱粒机的脱粒滚筒。结合育种小麦的损伤机理试验和小麦籽粒力学特性的有限元分析结果,为减小育种小麦的机械损伤,对研制的小区小麦育种脱粒机的脱粒滚筒进行优化改进,改为钉齿与短纹杆-板齿组合式的脱粒滚筒。使该滚筒具有高脱净率、低脱粒损伤率、低含杂率等优点。(5)优化设计了脱粒机整机作业性能参数。对改进后的小区小麦育种脱粒机进行作业性能试验研究,以喂入量、滚筒转速、吸杂风机转速为因素,以脱粒总损失率、脱粒破碎率、分离物料含杂率为评价指标进行试验。应用正交试验的综合平衡法研究得出了该机工作时各性能参数的最优方案,即:喂入量为0.3kg/s、滚筒转速为1350r/min、吸杂风机转速为1000r/min。并以该最优方案进行脱粒试验,试验结果表明,该机平均脱粒总损失率为0.43%、平均分离物料含杂率为15.03%及平均脱粒破碎率为0.48%,符合小区小麦育种脱粒的要求。