作物秸秆问题涉及到土壤肥力、环境保护、水土保持以及再生资源的有效利用等可持续发展问题。农作物秸秆中含有丰富的氮、磷、钾和微量元素成分,是我国重要的有机肥源之一。大量研究表明,秸秆还田能够增加土壤有机质含量,改善土壤,特别对缓解我国氮、磷、钾比例失调的矛盾,弥补氮、磷、钾化肥不足有十分重要的意义,同时也可以解决我国因秸秆过剩而产生的堆积、焚烧造成的环境污染问题。本课题来源于农业部公益性行业项目(201503116):“旱地合理耕层构建技术指标研究”。通过对国内外相关秸秆还田机具发展现状的分析总结,针对东北玉米垄作地区,结合农机与农艺相结合的要求,以旋转锹的工作原理为基础,设计了一种适用于大垄双行的秸秆深埋还田作业机。论文研究取得的主要研究成果及其结论如下:(1)根据旱地合理耕层构建技术指标的要求,确定配套机具要实现的功能。通过分析国内外秸秆还田机械及其相关整地机械等相关文献,设计了一种大垄双行秸秆深埋还田机,该机集秸秆收集、施肥、开沟、掩埋、覆土和镇压于一体,能实现单一机具多元化耕作。(2)根据秸秆还田作业的需求,对大垄双行秸秆深埋还田机进行了总体设计。探讨了秸秆深埋还田机的整机方案,确定了秸秆深埋还田机的主要技术参数和传动装置,并对其进行了功耗的计算和配套动力的计算。(3)通过对大垄双行秸秆深埋还田机主要关键部件的结构设计与理论分析,确定了秸秆深埋还田机秸秆收集装置、施药装置、开沟掩埋装置、覆土装置和镇压装置等部件的结构参数。对旋转锹刀轴进行了受力分析,确保其工作的稳定性。(4)通过对大垄双行秸秆深埋还田机关键部件中开沟掩埋装置的运动学分析,确定了旋转锹刀片和托土板的运动轨迹方程,以及刀片的安装角度和刀片与托土板之间的相位角度;确定了大垄双行秸秆深埋还田机的切土节距、耕作深度、旋耕速度比、沟底凸起高度和垡块的体积与厚度等主要工作参数;建立了刀片的侧切刃曲线方程。(5)通过ANSYS有限元分析软件,对大垄双行秸秆深埋还田机开沟掩埋装置中的旋转锹刀片进行了有限元分析,得到旋转锹刀片的等效应力云图和位移云图,确定了旋转锹刀片在总变形最大时的位置和应力最大时的位置,以保证刀片达到一定的刚度和强度;对旋转锹刀轴进行模态分析,保证旋转锹刀轴在工作时不会发生共振。(6)通过动力学的相关理论知识,应用Solidworks Motion插件对开沟掩埋装置进行虚拟样机的仿真试验分析,研究其运动特性,验证旋转锹刀片的运动情况。应用Edem离散元分析软件对旋转锹刀片的切土过程进行了仿真分析,得到了运动过程中各个时间段的作业效果图和刀片切削阻力变化图。