玉米秸秆产量巨大,是一种利用价值很大的资源。近些年,由于大部分秸秆被焚烧,不仅造成秸秆资源浪费,同时也造成环境污染等问题。为了解决该问题,农业部门开始推广秸秆还田技术,秸秆还田的方式很多,其中秸秆混拌技术可以将粉碎的秸秆均匀地搅拌于土壤中,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。在东北棕壤玉米垄作区,耕层逐年向上移动,耕层变浅,土壤耕作环境越来越差。为此,有关专家提出了混埋秸秆还田的方法,即将散布于田间秸秆收集后粉碎,并将粉碎后的秸秆混埋于土壤中,混埋深度在150～200mm,形成虚实相间的土壤耕层以提高犁底层土壤的肥力,使秸秆资源得到有效利用。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)。通过对国内外秸秆还田机的分析比较,结合东北农学专家提出“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,设计了一种玉米秸秆垄沟条带混埋还田机,并进行了田间试验研究。在研究过程中的主要成果如下:(1)分析了秸秆混拌这种保护性耕作模式对于旱地合理耕层构建的意义,总结了秸秆还田机的国内外发展现状,了解到国内外农业机械的差异以及国内秸秆还田机所存在的不足,明确了所研究课题的研究内容以及技术路线。(2)通过研究相关秸秆还田机的文献以及资料,根据机具功能需要确定了机具的机架结构以及关键部件的作业形式,根据其作业顺序进行合理布局,完成了玉米秸秆垄沟条带混埋还田机的设计方案。(3)通过对国外搂草机的分析研究,对清垄装置进行了运动学分析,确定了两弹齿盘之间的夹角,并计算出两弹齿盘的工作幅宽和齿盘拨草范围角,并针对弹齿盘在垄沟上的拨草面积与土壤扰动面积进行了分析计算。通过分析混拌刀的运动轨迹,确定了混拌刀旋耕比与切土节距,结果符合农艺要求。通过对混拌刀正切刃和侧切刃的参数化设计,得到侧切刃阿基米德螺线方程以及正切刃曲线方程,并确定了混埋刀各项参数。(4)根据混拌刀的各项参数,利用Solid Works进行混拌刀三维建模。通过将三维模型导入ANSYS中进行网格划分和静力学分析,得到了混拌刀的变形等值线云图、等效应力等值线云图、等效应变等值线云图,证明混拌刀结构的合理性。利用EDEM建立仿真颗粒模型以及土槽模型。通过设置仿真试验中几种模型颗粒的各项接触参数、特性参数以及清垄装置、混拌装置在仿真分析过程中的前进速度、转速和位置关系,对整机的关键部件的工作过程进行仿真分析,得到了不同时步下的清垄效果以及混拌效果,为机具的田间试验做出了理论证明。(5)经过分析研究,确定了试验因素与试验衡量指标。利用Design-Expert设计了三因素五水平三元二次回归通用旋转组合试验,对田间的秸秆覆埋率进行回归分析。结合响应面分析法,进行回归方程拟合度检验和显著性检验,根据拟合模型绘制的响应面分析各因素及交互作用对覆埋率的影响规律,得出各因素对秸秆覆埋率的影响主次顺序。通过回归方程求最优解得到试验的最优条件组合为:机具前进速度为1.25 m/s,秸秆混埋深度为17.5cm,秸秆覆盖量为0.93kg/m~2时,秸秆覆埋率为94.6%。满足混埋还田的农业技术要求,为条带秸秆还田机的改进提供参考。