水稻是我国主要的粮食作物,其种植面积约为3000万hm~2,但我国水稻施药作业一直以人工为主,作业劳动强度大、效率低,施药人员中毒事件时有发生。现有的水田施药机多以旱田或水旱兼用的轮式施药机为原型机经改制而来,改制后的施药机在水田环境中容易出现打滑、下陷现象,常年反复作业会使水田泥脚不断加深,对土壤耕底层造成破坏。针对以上问题,文本在前人研究的基础上,将轮式车辆的转向机构与履带式车辆的行走装置相结合,设计了一种水田履带轮式施药机,使其既具有较小的转向半径,又具有较低的接地比压。具体工作内容如下:(1)根据设计要求及技术指标确定整机方案,对施药机的关键零部件进行了设计和选型,主要包括:行走装置、转向机构和喷杆桁架;同时对施药机液压系统进行了设计和选型,主要包括:液压驱动、液压转向和液压施药,使其能够实现四轮驱动和四轮转向功能;并运用Solidworks软件绘制了施药机的零部件三维模型及虚拟装配。(2)运用ANSYS软件对车架模型进行了水平弯曲和极限扭转工况下的静力学分析,得到了两种工况下的应力和位移分布图,仿真结果表明车架结构设计合理,满足强度与刚度要求;运用ANSYS软件对车架模型进行了模态分析,将仿真得到的车架前6阶固有频率与外界激振频率进行对比,确保施药机在行驶过程中不会和发动机等部件产生共振。(3)基于Bekker压力-沉陷模型和Janosi剪切应力-剪切位移模型研究了土壤力学特性,主要包括:承压特性和剪切特性;同时采用烘箱法测定试验场地土样的含水率,验证了田间试验数据的可靠性;并对试验场地土样进行平板下陷试验和直接剪切试验,得到了土样的承压特性参数和剪切特性参数。(4)在研究轮式车辆和履带式车辆转向方式的基础上,对履带轮式施药机进行运动学、动力学分析,建立了考虑打滑及土壤下陷条件下的稳态转向模型,并根据模型计算出施药机在不同履带轮偏转角下的转向半径及转向阻力。(5)对样机进行田间试验,得到了施药机直线行驶时的偏驶率及行驶次数与土壤下陷关系;测量施药机在不同履带轮偏转角下的转向半径及转向阻力,并与理论计算进行对比,验证了施药机设计的合理性及稳态转向模型的正确性。