油菜是我国重要油料作物,长江中下游地区是播种油菜的主产区,以稻-油或稻-稻-油水旱轮作为主,但由于周年进行水旱轮作种植模式,休耕期短,导致耕作层变浅、土壤质量退化、耕性变差、耕层养分不均衡等问题突出。课题针对长江中下游稻油轮作区周年采用传统机械耕整导致耕层变薄、犁底层增厚和土壤粘重板结影响油菜根系生长等问题,结合油菜种床的合理耕层构建和水旱轮作耕整作业要求,研制了驱动型犁旋联合耕整机,该机主要由驱动圆盘犁组、旋耕部件、仿靴形锐角开沟犁等组成,可实现秸秆全量还田、碎土平整及开畦沟功能,形成适合油菜生长的合理耕层。主要研究内容与结论如下:(1)开展了长江中下游稻茬田土壤与稻茬秸秆测试分析。测试结果表明,长江中下游稻茬田耕作层厚度一般为135～182mm,犁底层厚度106～163mm,土壤平均坚实度为735.0～1091.6k Pa,土壤含水率为22.86%～32.46%,水稻秸秆留茬高度为386mm、地表秸秆量为1106.7g/m~2,秸秆含水率为65.36%,说明长江中下游稻油轮作区土壤含水率较高,油菜种植前水稻秸秆留茬高且留量大,油菜种植前须对水稻秸秆合理处理,以提高机组的通过性。(2)测试了不同时期油菜根系生长状况及不同耕作模式下油菜根系生长特点,分析了油菜种床合理耕层与根系的关系。不同时期油菜根系生长状况测试研究发现,大部分根系入土较浅,横向分布较广,从抽薹孕蕾期、开花结荚期根系基本定型,无过多根系分支和长度生长,明确了周年采用单一旋耕耕作模式导致油菜根系无法深扎,不利于油菜生长;同时不同耕作模式下油菜根系生长特点测试研究表明,浅旋、深翻、免耕三种模式下油菜次根系数量相差不大,但浅旋和深翻主根系下扎较深,说明浅旋和深翻均能提高土壤的耕层质量,使土壤肥力分布均匀,提高油菜根系对于水肥的吸收,促进油菜生长,且深翻效果更明显。(3)研制了驱动型犁旋联合耕整机,提出了先犁耕后旋耕播种的种植模式,以形成“深翻埋茬,上松下紧”的油菜种床合理耕层的工艺方案,分析确定了驱动型犁旋联合耕整机总体结构参数和工作参数。整机作业幅宽为2300mm,犁耕深度为200～230mm,旋耕深度为100～150mm,开沟深度为150～250mm,开沟宽度为200～400mm,满足油菜种植农艺要求。(4)开展了驱动型犁旋联合耕整机关键装置设计与分析,具体包括:(1)开展了驱动圆盘犁组与土壤作用的运动学、动力学分析,研究了圆盘犁耕深大小、工作偏角及工作转速对机具作业阻力和功耗的影响。分析确定选用半径为305mm,曲率半径为610mm的特制圆盘,在分析研究基础上,得出圆盘的工作幅宽为286～300mm,工作偏角为30°,圆盘转速为135r/min,圆盘犁组采用左右各三个的对置式排布,以提高机具作业的稳定性。(2)根据整机结构布局与油菜种植农艺要求,分析确定了仿靴形锐角开沟犁的高度为300mm,犁体上部宽度为400mm,底部宽度为200mm;依据犁体导曲线应具有较好切削、减阻特性的原理设计了切削刃口起始滑切角为23°、终止滑切角为45°的圆弧形刃口曲线;建立三面楔模型对犁尖进行分析,确定了犁体入土角为30°、犁尖张角均为60°;通过仿靴形锐角开沟犁与土壤相互作用的运动学分析,研究了犁体前进速度与开沟深度、土壤动摩擦系数以及推土角等因素的关系。(3)根据旋耕刀运动学分析、机组工作环境、结构布局要求选用IT245型旋耕刀,旋耕刀采用同向双头螺旋线形式排列,且最外侧刀采用对称排布,左右刀辊上各安装22把旋耕刀片。(5)开展了驱动型犁旋联合耕整机作业性能测试,并与单一旋耕机、被动犁旋联合耕整机的作业质量进行了对比分析。试验结果表明,驱动圆盘犁可有效切割秸秆,且与旋耕部件共同作用对秸秆与土壤进行混埋,在耕深的平均厚度150mm以上可形成碎土疏松层,驱动圆盘犁作业深度在200～230mm,实现了深翻埋茬,满足油菜种床合理耕层的要求;整机作业效果较好,厢面单幅宽度为852mm～956mm,耕深稳定性在90%以上,厢面平整度为15.25～18.60mm,植被埋覆率为92.3%,均优于对照组;所设计机具的碎土率为80.52～88.43%,相较于对照组略低,说明旋耕部件的转速由于人字形齿轮箱的速比限制导致刀辊达不到较高转速,碎土率相对较低。仿靴形锐角开沟犁可开出沟宽为200～400mm、沟深为205.6～250.0mm的梯形沟,沟壁、沟底平整,沟宽稳定性和沟深稳定性均达90%以上。综合分析,驱动型犁旋联合耕整机作业性能参数满足油菜种植农艺要求。