玉米秸秆是一种丰富的生物资源,我国每年产量约3亿吨,位居世界之首。秸秆切碎装置是玉米联合收获机的重要辅助工作部件,它的主要作用是对玉米秸秆进行切碎还田,其结构和运动参数是影响装置对秸秆切碎效果的主要因素,本文对现有某一进口玉米联合收获机秸秆切碎装置进行田间试验,发现秸秆切断长度合格率低的问题,结合当前玉米机械化收获作业的实际需求,对其进行台架试验及参数优化,提高秸秆切断长度合格率及破碎率。研究主要包括田间试验、收获期玉米秸秆力学特性试验、试验台架的参数选择与有限元分析、台架试验等内容,主要研究内容与结论具体如下:(1)通过田间试验,探究现有某一进口玉米联合收获机秸秆切碎装置切碎性能。分别选取玉米品种、机器作业速度、秸秆含水率为试验因素进行单因素试验,结果表明秸秆切断长度合格率均低于国家标准。(2)对玉米秸秆进行剪切力学特性试验,得到玉米秸秆不同取样部位的最大剪切力、抗剪强度;对玉米秸秆进行弯曲力学特性试验,得到不同取样部位的最大弯曲力、抗弯强度以及弹性模量。(3)设计了秸秆切碎装置试验台总体结构;参考田间试验样机并通过分析确定了秸秆切碎装置主要工作部件结构及运动参数;通过对秸秆切碎原理的分析,确定了影响秸秆切碎效果的主要因素为切割角度、刀片刃角、刀盘转速等;运用ANSYS Workbench软件平台对秸秆切碎刀进行了有限元静力学分析,对秸秆切碎刀轴总成进行了模态分析。静力学分析结果表明秸秆切碎刀薄弱环节的应力、应变均集中在合理的范围内,满足强度校核,模态分析结果表明秸秆切碎刀轴总成的系统激振频率均远小于其固有频率,发生共振可能性较小,为避免台架共振提供依据。(4)选取切割角度、刀片刃角、刀盘转速、刀片数量、秸秆含水率为试验因素进行单因素试验研究,探究各因素对秸秆切断长度合格率及破碎率的影响,为多因素试验范围的选取提供依据。试验结果表明:秸秆切断长度合格率随切割角度的增加而减小,随刀片刃角的增加而减小,随刀盘转速的增加先迅速增加后缓慢减小,随刀片数量的增加而增加,随秸秆含水率的增加而增加;秸秆破碎率随切割角度的增加而增加,随刀片刃角的增加而增加,随刀盘转速的增加先迅速减小后缓慢增加,随刀片数量的增加而减小,随秸秆含水率的增加而减小。(5)为获得秸秆切碎装置的优化参数组合,选择切割角度、刀片刃角、刀盘转速为试验因素,秸秆切断长度合格率和破碎率为试验指标,设计三因素五水平二次正交旋转组合试验。利用响应曲面法分析各因素及各交互项的显著性,并通用Design-Expert软件对回归模型进行多目标优化,得到各因素对秸秆切断长度合格率的影响由大到小的顺序为:刀盘转速、切割角度、刀片刃角;对秸秆破碎率的影响由大到小的顺序为:刀盘转速、刀片刃角、切割角度。得到优化参数组合为切割角度24.7°,刀片刃角30.9°,刀盘转速1128 r/min。根据上述优化参数组合进行验证试验,结果表明:秸秆切断长度合格率平均为88.35%,高于国家标准(85%),破碎率平均为61.85%。本文对玉米联合收获机割台下秸秆立式切碎装置进行了台架试验及参数优化,揭示了切割角度、刀片刃角、刀盘转速等对秸秆切断长度合格率及破碎率的影响,为提高玉米联合收获机秸秆切碎装置的切碎性能提供参考依据,解决了田间实际作业时玉米收获机秸秆切碎装置存在的切碎效果不佳的问题。