玉米机械化收获有果穗收获和籽粒收获两种方式。其中果穗收获用玉米收获机完成玉米摘穗和剥皮作业,其后还需要对果穗转运、晾晒和脱粒作业,属于玉米机械化收获的初级阶段。籽粒收获是用玉米收获机一次性完成摘穗、脱粒、清选等工序,该方式具有效率高、损失少的特点,是玉米收获机的发展必然趋势。黄淮海地区作为中国玉米主产区之一,2015年玉米种植面积为1.7577×10~8 hm~2,约占全国玉米播种面积的46.1%,总产量8.69×10~8t,占全国的38.7%。黄淮海地区夏播玉米一般在9月下旬成熟,收获时玉米籽粒含水率约为30%左右,因此在进行玉米脱粒过程中,玉米果穗受到脱粒元件的挤压、冲击和揉搓,籽粒容易产生破裂、破皮或裂纹等问题,增加了感染黄曲霉毒素的风险,给玉米籽粒贮藏品质和粮食安全造成很大威胁。因此降低玉米脱粒过程中籽粒损伤已成为制约该地区玉米籽粒直收发展的关键问题。论文以研究横轴流式玉米柔性脱粒装置为核心,以在保证脱净率的前提下降低籽粒损伤为目标,设计了一种柔性钉齿和弹性短纹杆相结合的横轴流式玉米柔性脱粒装置,通过理论分析和离散元仿真验证了柔性脱粒方式的可行性,基于台架试验,确定了该装置的最佳工作参数组合,对该参数组合下脱粒装置的脱粒性能进行了验证。该装置实现了在保证脱净率前提下降低玉米籽粒损伤的作业效果,表明该装置具备一定的籽粒直收的潜力,为我国玉米籽粒直收技术研究提供了借鉴参考。本文的主要研究内容如下:(1)对玉米籽粒及玉米果穗进行了压缩性能试验,得到了玉米籽粒和玉米果穗的力学特性,为横轴流式玉米柔性脱粒装置关键部件的设计提供依据。(2)研发了横轴流式玉米柔性脱粒装置试验台。该试验台主要分为输送装置和横轴流式玉米脱粒装置。输送装置完成玉米果穗的输送,横轴流式脱粒装置完成玉米脱粒作业。该试验台为柔性脱粒装置工作参数的优化提供了重要支持。(3)基于赫兹接触理论,建立了柔性钉齿和玉米果穗接触力学模型,通过理论分析表明柔性钉齿具备降低籽粒损伤的潜力;基于刚柔耦合理论,建立了弹性短纹杆和玉米果穗碰撞力学模型,并通过力学分析对弹性短纹杆摩擦过程进行了力学分析,表明了弹性短纹杆具备降低籽粒损伤的潜力。(4)基于图像处理,建立了玉米果穗离散元模型,通过离散元仿真软件对横轴流式玉米柔性脱粒装置进行了仿真分析,对脱粒元件与果穗间接触力进行了间接分析,结果表明该型脱粒装置可以降低脱粒过程中籽粒损伤。(5)对设计的横轴流式玉米柔性脱粒装置进行了台架试验,探索了关键参数对作业效果的影响规律,确定了最佳工作参数组合:喂入量为8 kg/s,滚筒转速为450r/min,凹板间隙为40mm,验证了柔性脱粒的合理性,在该条件下,玉米果穗的籽粒破损率为2.75%,未脱净率为0.59%,为玉米柔性脱粒提供参考借鉴,具备一定玉米籽粒收获的技术潜力。