在农作物生产作业过程中,联合收割机的出现,实现了收割、脱粒、清选分离一次性完成,从而大大提高了生产效率。联合收获作业后,谷物由运粮车运回仓库,而秸秆作为废弃物散落在田间。实现秸秆的综合利用,首先面临的问题是,需要对散落在田间的秸秆进行收集打捆。由于秸秆密度小,其收、运、储成本相对较大。为了简化秸秆回收流程,提高回收效率,降低回收成本,本课题开展了与联合收割机配套的秸秆打捆机设计研究。该打捆机通过挂接的方式与联合收割机进行配套连接,在联合收割作业过程中,秸秆无需落地,从排草口排出的秸秆直接进入压缩腔内进行压缩后打捆,因此大大提高了工作效率。选用雷沃谷神LZ-2.5E3(GE25)自走式谷物联合收割机,作为与该打捆机挂接配套的联合收割机。在此基础上,进行与之配套的秸秆打捆机的设计,综合运用现代设计方法与工具,对打捆机进行了整体设计,并对秸秆打捆机进行轻量化和减振两个方面的优化研究,主要研究结果如下:(1)配套打捆机的总体设计。提出打捆机整体结构设计方案,确定与之配套的联合收割机类型,利用理论推导,结合实际对打捆机各个部件进行设计,具体包括:传动系统的设计,喂入机构、压缩机构、草捆长度控制机构、机架等部件的尺寸参数设计,以及主要受力部件的受力分析和刚强度校核。(2)配套打捆机数字设计。针对主要部件进行合理建模,并对主要受力部件进行了静力学分析,结果表明应力和变形均满足设计要求。除此之外,还针对喂入机构进行干涉分析,表明拨爪满足设计要求;针对曲柄活塞机构,运用动、静力学分析与模态分析相结合的方式,研究该部分的低阶固有频率分布情况,结果表明符合动态特性要求。(3)配套打捆机试验研究。实验表明:草捆密度、规则草捆率、抗摔率、成捆率和损失率等均符合行业设计标准;除此之外,还对样机在设定工况下进行振动测试,找出测点的加速度时间历程,并对加速度信号进行处理分析,结合振动试验对比发现:在压缩机构附近处振动较大,并且横向振动为整机主要的振动形式。整机正常运转时激励频率为35Hz。(4)配套打捆机改进设计。针对试验中发现的整机振动大这一问题,本章运用多体动力学软件对整机中振动较大的部件——打捆机压缩机构进行分析研究。将它的加速度变化规律与振动试验中相关测点的加速度进行对比。模型中没有考虑到联合收割机本身的振动特性。为减轻挂接的打捆机对整机系统的影响,对该配套打捆机进行轻量化研究。以最轻质量为优化目标,以结构静力学刚强度为约束条件,进行打捆机主要部件(压缩机构、草捆长度控制机构、机架)的优化设计。优化结果显示:在应力和应变均满足设计要求条件下,轻量化后的总机质量减少了 11.6%,且振动得到很好的改善。