水稻是世界三大粮食作物之一,在全球范围内广泛分布,也是我国主要粮食作物之一。随着中国水稻机械化收获水平的逐年提升,联合收割机的使用已十分普遍,纵轴流式脱粒分离装置因具有脱粒时间长、脱粒过程柔和、适应性好等优点在联合收割机上被广泛使用,但同时其也存在功耗大、脱出茎秆碎、含杂率高等问题。脱粒分离装置功耗是联合收割机动力的主要消耗支出,对其开展节能降耗研究,对联合收割机向大喂入量、轻量化、高效率发展具有重要意义。为此,为降低功耗,同时减少脱粒滚筒堵塞,提高水稻联合收割机收获效率,基于提高轴流式脱粒分离装置轴向负荷均匀性可以降低功耗的思想,在传统的圆柱形和圆锥形滚筒的基础上,设计了一种鼓形杆齿式纵轴流脱粒滚筒,并对其功耗进行了仿真与试验研究,主要研究内容如下:(1)设计了一种鼓形杆齿式纵轴流脱粒分离装置。通过分析鼓形杆齿式纵轴流脱粒分离装置其工作原理,确定了其结构参数和运动参数。建立了鼓形杆齿式纵轴流脱粒分离装置的脱粒分离模型和功耗模型,对其脱粒分离过程进行分析,建立了脱粒滚筒动力学模型。(2)开展了鼓形杆齿式纵轴流脱粒分离装置仿真研究,利用EDEM软件,在喂入量1.2kg/s,滚筒转速1100r/min的条件下,对鼓形脱粒滚筒脱出物分布和脱粒过程中脱粒滚筒旋转轴瞬时总力矩随时间变化规律进行模拟仿真试验研究,并以相同外部尺寸的圆柱形杆齿式纵轴流脱粒滚筒为对照,以脱粒滚筒旋转轴总力矩为试验指标,分别在0.8kg/s、1.2kg/s、1.6kg/s条件下进行了基于离散元法的两种滚筒性能对比试验研究。结果表明:对相同结构的滚筒尺寸以及运动参数下,脱粒滚筒旋转轴总力矩随喂入量的增大而增大,喂入量从0.8kg/s增加到1.6kg/s时,鼓形滚筒旋转轴总力矩从38.12N·m增加到118.99N·m,圆柱形滚筒从60.13N·m增加到189.91N·m,两种滚筒结构对旋转轴总力矩有显著性差异;相同喂入量下,鼓形脱粒滚筒旋转轴总力矩低于圆柱形滚筒。(3)搭建了小型纵轴流脱粒分离装置性能测试平台,进行了与仿真条件一致的两种结构脱粒滚筒功耗对比台架试验。结果表明:在喂入量为0.8～1.6kg/s范围内,随喂入量增加,鼓形滚筒功耗从4.88k W增大到11.2k W,圆柱形滚筒从5.58k W增加到12.2k W,两种滚筒结构对功耗有显著差异,同比于相同外部尺寸的圆柱形滚筒,鼓形结构的脱粒滚筒功耗低于圆柱形滚筒,台架试验结果与仿真结果基本一致。