烟秆直接丢弃田间或焚烧,会造成土壤、环境和水体污染,同时也会影响烟叶来年的生长和产量,因此烟秆的综合利用刻不容缓。而烟秆收集是其中关键环节,由于受到烟秆收集成本的限制,难以实现对烟秆的高效综合利用。收集环节涉及拔秆、运输和破碎等环节,现有的农业机械大多仅能处理单一环节,且存在拔秆、运输效率不高等问题。因此,本课题组前期研制了一种移动式烟秆拔秆破碎机(一代样机),能一次性完成烟秆的拔秆、输送、破碎和收集作业,可有效解决原有烟秆收集设备在烟秆收集过程中存在的主要问题。但该机具在田间作业时存在质量过重、振动较大、功耗较高及高行进速度时会造成堵秆等问题。为解决上述问题,本文结合理论分析、仿真及试验的方法,研究了一代烟秆拔秆破碎机在田间作业下的振动特性及减振措施,并搭建实验平台对其关键部件进行试验研究和改进设计。在此基础上,提出二代烟秆拔秆破碎机的整机设计方案。最后,开展二代烟秆拔秆破碎机的轻量化设计、样机试制、动静态特性分析、整机振动验证试验和田间作业性能试验,主要研究工作如下:(1)针对第一代烟秆拔秆破碎机由于破碎机构、传输机构偏心结构设计和各工作部件与机架之间刚性连接引起的振动问题,采用DH5925动态信号测试系统对怠速和满油门条件下拖拉机发动机空载、整机空载及田间拔秆作业等5种工况下的8个测点进行振动测试与分析,得到相应的振动时域特性和频谱特性分布规律。通过分析其振动加速度均方根值和振动频率,得出引起第一代样机在各个方向上振动的原因,并提出相应的减振设计方案。(2)针对第一代烟秆拔秆破碎机传输机构在田间高速行进拔秆时产生堵秆及功耗较高等问题,在分析堵秆原因的基础上设计了一种易拆卸、间距可调的新型橡胶式传输对辊。通过对其进行动力学分析,得到烟秆在挤压输送阶段受力变形和传输功耗的数学模型,并搭建烟秆拔秆破碎机传输机构试验平台进行正交旋转组合试验,研究传输对辊的结构设计对堵秆和功耗的影响规律,得到传输机构的优化设计方案和设计参数。(3)基于一代样机的改进设计方案,完成对第二代烟秆拔秆破碎机的整机设计。整机主要由拔秆刀辊、夹持喂入对辊、链网输送机和喂料口对辊组成的传输机构、滚筒式破碎机和机械传动系统组成,并在各连接部件之间添加减振装置。在此基础上,对拔秆刀辊、传输机构及破碎机等关键部件进行结构参数和动力学分析,分析其结构设计方案的合理性和可行性。(4)为获得更加轻质、作业性能稳定的第二代烟秆拔秆破碎机,在机具不会发生共振且满足轻量化设计的前提下,以减轻质量、最大变形量和最大应力为优化目标,采用拓扑优化和基于遗传算法的多目标优化方法对二代烟秆拔秆破碎机机架及传动部件支撑结构开展轻量化设计,并根据设计结果完成二代样机制作。在此基础上开展了二代样机的振动验证试验,研究其振动情况和是否会发生共振等问题。(5)为检验第二代烟秆拔秆破碎机结构设计的合理性和样机作业性能,开展二代样机的田间性能试验与作业参数优化研究。试验中分别以机组行进速度、拖拉机输出轴转速、拔秆作业深度、破碎机转速为试验因素,漏秆率和破碎粒径合格率为评价指标进行单因素试验,确定各因素较优的作业水平。基于单因素试验基础,对二代样机进行四因素五水平的二次回归正交旋转中心组合试验,建立试验指标的回归数学模型,研究各试验因素对试验指标的影响规律和二代样机的最优作业参数组合。