长江流域作为我国冬油菜主产区,种植模式以一年两熟或一年三熟的稻-油或稻-稻-油水旱轮作为主,茬口矛盾紧,机械化移栽是多数地区解决茬口矛盾的主要方式之一。针对传统移栽机分苗装置和取苗装置结构复杂,对油菜基质块苗适应性差,且各部件间运动匹配度不高的现实不足问题,本课题结合国内外移栽技术与装置研究基础,开展了油菜基质块苗移栽机分苗装置、取苗装置结构设计和分取苗过程工作参数优选的研究,并进行了油菜基质块苗移栽机田间试验,验证了移栽机工作性能。研究结果为油菜基质块苗移栽机及其配套关键部件设计研究提供一定的参考依据。主要研究内容及结果如下:(1)自制油菜基质块苗,测定其基质平均含水率和苗块平均质量。通过测定适栽期油菜基质块苗幼苗形态特征,确定其苗高、苗幅宽、茎部直径等外形尺寸,为移栽机分苗装置和取苗装置等关键部件设计提供了依据。在系统比较研究本领域机械化移栽技术与装备研究基础上,研制了油菜基质块苗移栽机,提出了送苗、分苗、取苗、栽植同步开沟、覆土的总体工艺方案,分析确定了油菜基质块苗移栽机总体结构参数。阐述了油菜基质块苗移栽机结构组成、工作原理和工作过程,并确定其主要技术参数。(2)设计油菜基质块苗移栽机倾斜输送夹持分离式分苗装置,开展了其分苗过程和分苗要求分析并确定分苗装置主要结构参数。构建了分苗过程各阶段苗块力学模型,对苗块进行力学分析,结合苗块摩擦特性参数测定试验,探究影响分苗稳定性的主要因素。分析得出苗块摩擦特性一定时,分苗夹持力越大,分苗稳定性越好。当同步带倾角为30°,分苗夹持力大于0.8N,对应分苗气缸工作气压不小于0.5MPa,载苗台长度为85mm时,能满足分苗过程苗块不翻倒、偏移及分苗夹持有效的分苗稳定性需求。(3)对比分析了传统取苗方式,基于气动控制原理设计油菜基质块苗移栽机气动往复夹持式取苗装置,阐述了其结构组成及取苗过程,并完成了气动系统设计。构建了取苗回程苗块动力学模型,分析得出苗块不脱苗所需的夹持力与苗块摩擦特性有关,苗块与取苗夹板间的摩擦系数越大,取苗过程苗块所需的取苗夹持力越小。开展苗块抗压特性参数测定试验,分析得出基质损失率随苗块抗压强度增大而减小,当取苗夹持力小于48N,夹持量小于5mm时,有利于减小基质损失。完成了取苗末端执行器参数分析,当取苗气缸缸径为20mm时,其取苗夹板间距及夹持力均满足取苗需求。(4)分析并确定了油菜基质块苗移栽机气动往复夹持式取苗装置结构参数,分析了取苗轨迹,主要包括:(1)根据取苗装置数学模型所形成复杂的非线性方程组,结合取苗臂静轨迹,以减小取苗轨迹水平间距和高度为目标,基于拟牛顿法优化取苗装置较优结构参数组合为:主动杆长度75.10 mm,取苗臂长度335.26mm,从动杆长度100.42mm,机架长度171.32mm,该参数组合下理论取苗轨迹水平间距为175.28mm,实际取苗轨迹高度为30.40mm,符合预期优化目标。(2)建立了取苗装置ADAMS参数化模型,分析较优结构参数组合下仿真取苗轨迹,利用高速摄影技术提取实际取苗轨迹,对比验证取苗装置设计的合理性。分析得出实际取苗轨迹水平间距为175.28mm,实际取苗轨迹高度为30.40mm,与仿真值的误差值均小于3%,表明优化后的取苗装置设计合理,满足油菜基质块苗取苗轨迹需求。(5)系统分析分取苗工作参数对分取苗效果的影响,确定各影响因素取值范围及对应评价指标,开展响应面法优化试验,获得较优工作参数组合为:同步带线速度76.5mm/s、主动杆角速度1.47rad/s及气缸气压0.74MPa,对该参数组合验证试验表明,同步分取苗成功率为93.33%,脱苗率为2.86%,基质损失率为3.75%,分取苗效果综合得分为94.7,与理论值误差小于3%,表明分取苗效果可靠。(6)根据移栽机总体工艺方案,整合倾斜输送夹持分离式分苗装置、气动往复夹持式取苗装置、土壤工作部件、气动驱动与控制系统及整机动力传动系统,试制加工了油菜基质块苗移栽机。在平均土壤含水率为18.7%,与之对应的平均土壤坚实度为1956.4KPa工况下,开展了油菜基质块苗移栽机样机田间性能试验。对相关性能参数进行测试的结果表明,同步分取苗成功率为90.4%,栽植深度合格率为81.6%,直立度合格率为75.2%,基本满足油菜基质块苗种植农艺要求。