玉米秸秆是十分重要的资源,据统计,国内平均每年产生的秸秆总量约为6.2×10~8t,但近年秸秆资源的利用率却逐年降低,农民为赶农时将大量秸秆焚烧,在严重浪费农作物资源的同时产生了大量的有害气体,蒸发了土壤的水分,矿化了土壤的腐殖质和有机质,改变了土壤的物理性状,造成土壤板结、水分流失,已严重破坏了我国农业生产状况。秸秆就地还田是解决秸秆资源利用率低的有效途径之一,不仅从根本上杜绝了秸秆焚烧,而且可以提高土壤肥力,改善土壤耕层结构,促进农作物生产良性循环。秸秆还田增肥增产作用显著,近些年,国家针对这些问题实行了保护性耕作的农业政策,也开始大力推广秸秆还田技术,其中秸秆深埋还田技术可以将粉碎的秸秆深埋在地表下20cm以上,并且加快秸秆分解速度,增加土壤有机质含量,使土壤形成虚实相间的耕层,从而增加土壤通透性和孔隙度,并可以改善土壤结构、保墒和调控土壤温度,同时减少了化肥的使用和秸秆的资源浪费,是秸秆综合利用的一项重要技术。本课题来源于公益性行业(农业)科研专项经费项目,旱地合理耕层构建技术指标研究(201503116—09)。秸秆粉碎深埋还田机是实现秸秆机械化智能化还田的主要工作机具,现有的机具大多存在着秸秆粉碎后长度过长,还田深度不够等问题,结合课题需要,确定东北地区秸秆深埋还田技术需要达到20cm以上,并结合东北平原棕壤土地区雨养旱地合理耕层构建技术指标要求,以及东北农业专家所提出的玉米耕作条件以及耕作方式的农业技术要求,结合“苗带紧、行间松、土壤虚实结构兼备”的旱地合理耕层构建技术,设计出“玉米秸秆灭茬深埋还田机”,并进行了减阻分析和田间试验研究。在研究过程中取得的主要成果如下:(1)根据东北平原旱地合理耕层构建技术指标要求,结合秸秆深埋还田的农业技术要求,对机具工作的关键部件做了深入的研究,并根据实际的田间工况设计了整机的机架、传动系统、秸秆捡拾粉碎装置、综合输送装置、仿生开沟装置以及覆土镇压装置,并对其进行合理的布局,对实现重要功能的部件进行设计和分析,制造出一次进地可完成秸秆收集粉碎、物料输送、开沟深埋以及覆土镇压等工作的秸秆深埋还田机。(2)通过对秸秆深埋还田机各装置的优化设计及运动分析,灭茬捡拾粉碎装置采用了动定刀结合的甩刀式秸秆粉碎装置,在动刀采用了Y型甩刀,定刀优化切割角为45°,设计的综合输送装选取螺旋的外径为240mm,螺距为200mm,螺旋轴直径为120mm,输送管道内径和螺旋外径之间的距离为5mm,螺旋的厚度为3mm,螺旋的生产率为2.4kg/s,风机叶轮的内径为0.28m,设计叶轮和风机外壳的间距为0.018m,叶轮径宽为0.164m。风机输送系统中风机的转速n_f为2100r/min,在实际工况下考虑各种损耗和因素影响,风机的转速设计为2200r/min。设计了防震的大型刮板覆土装置,能完成实际覆土量的覆土工作。镇压装置的设计采用常见的镇压辊设计,使用镇压筒套的直径为400mm,镇压的宽度为600mm。(3)运用Matlab对玉米秸秆灭茬深埋还田机关键部件进行仿生设计,确定了仿生开沟刀的仿生部正切刃的锯齿状设计比例,分析理论刀尖运动轨迹,确定了整个仿生开沟装置的回转半径为300mm,安装角为32°等关键设计参数。并使用EDEM软件对仿生开沟装置的田间工作状况进行仿真模拟,得到仿生开沟装置相对于普通开沟装置有一定的减阻降耗效果,并针对仿真模拟现象进行实际土槽验证试验,试验结果表明,仿生设计的开沟刀相对于普通开沟刀可以降低阻力9.48%左右。(4)通过田间试验采用三因素五水平二次旋转正交试验的设计方法进行23次田间试验,得到各因素对秸秆深埋率的影响主次顺序依次为:秸秆覆盖率>开沟深度>机具前进速度,各因素对机具工作效率的影响主次顺序依次为机具前进速度>开沟深度>秸秆覆盖率,并进行回归计算在深埋率权重为0.7、工作效率权重为0.3时得到理论最佳工作参数为机具前进速度为1.63 m/s,开沟装置开沟深度为27.97 cm,地表秸秆覆盖量为34054kg/hm~2,当工作参数为上述条件时,秸秆深埋率为90.491%,工作效率为0.54 hm~2/h。其优化后参数符合秸秆深埋技术要求。