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甘蓝是我国主要的蔬菜种类之一,在我国大部分地区均有广泛种植。目前,我国甘蓝收获的机械化水平较低,主要依靠人工收获,收获效率低,劳动强度大,作业成本高。甘蓝的机械化收获流程一般包括导向扶正、切根、提升输送、剥叶等作业,其中切根作业是收获过程中非常重要的环节。本文设计并搭建了甘蓝切根可调式试验平台,对切根作业进行了力学仿真,并进行了切根试验研究。该研究可为甘蓝联合收获机的设计与改进提供理论依据和参考,有利于提高我国甘蓝的机械化收获水平。主要研究内容和结论如下:(1)可调式试验平台设计与搭建。可调式试验平台由机械本体、控制系统以及信号采集和后处理系统组成,可实现对切刀转速、切割位置、行走速度、切刀重叠量、俯仰角度的调节以及对切刀类型的更换。对可调式切根装置、行走装置、车身底盘、切刀电机控制模块、行走电机控制模块、电动推杆控制模块和传感器模块进行了设计分析,阐述了各切割要素的调节原理以及实现过程。(2)切根作业力学仿真。基于显式非线性动力学分析理论建立切根作业数值模型,对双圆盘切刀切割甘蓝根茎的过程进行数值模拟,揭示其力学机理。分析了圆盘切刀在X轴、Y轴和Z轴的受力,确定将圆盘切刀在Y轴上的受力F_y′作为试验数据采集对象。研究了切根过程等效应力分布,得到甘蓝根茎与圆盘切刀接触部位的应力较大的结论。并对数值结果进行了验证,结果表明数值计算得到的结果是可靠的。(3)切根试验研究。以早红紫甘蓝为试验研究对象,设计了单因素和多因素试验。以切刀转速、切割位置、行走速度、切刀重叠量、俯仰角度和切刀齿形为自变量,进行单因素试验,得到单个因素对最大切根反作用力的影响规律。利用二阶正交旋转组合多因素试验,研究切刀转速、切割位置、行走速度、切刀重叠量和俯仰角度对最大切根反作用力的影响,建立最大切根反作用力与各因素之间的数学关系模型,并采用响应曲面法进行参数优化。多因素试验结果表明,最优的切割要素组合为切刀转速200 r/min、切割位置17 mm、行走速度0.26 m/s、切刀重叠量22 mm、俯仰角度11°,此时最大切根反作用力为-22.5 N。以切根合格率为作业性能指标,在优化参数组合下进行了6次验证试验,得到的最大切根反作用力的平均值为-21.8 N,切根合格率的平均值为96%。本文设计的可调式试验平台是合理且可行的,可以满足切根作业的基本要求。