基于移动式开沟器与土壤-秸秆相互作用的轻简型免耕播种机防堵机理研究

No-till planting is one of the key technologies for conservation tillage. The lack of study on the relationship between no-till tine furrow opener and farm soil- straw mulching, particularly the relationship between no-till tine furrow opener and straw mulching under subsoiling, limits the development of high- performance light no-till planter and no-till planting technology. The project mainly studied the relationship among no-till tine furrow opener, disturbed soil and straw covering soil. Rely on conservation tillage experimental area in Shandong dry agriculture machinery and information key laboratory, this project conducts the combining experiments and numerical simulation for the effects of no-till tine furrow opener on the disturbance characteristics of soil and straw mulching, and the effect of the disturbed soil on the state of stalk movement, that optimized the structural parameters of no-till tine furrow opener. Based on the relationship between no-till tine furrow opener and straw, the project studies the flow characteristic of straw under the operation of no-till tine furrow opener and furrow openers, establishes the model to the straw disturbance, and puts forward the mechanism of straw blockage used on no-till tine furrow opener of light no-till planter. The successful implementation of this project sets up a theoretical foundation for the design and development of high-performance tine anti-blocking furrow opener and light no-till furrow opener for the Chinese characteristics, and effectively promote the development of no-till planting and conservation tillage technologies in China.

免耕播种是保护性耕作的核心技术之一，免耕条件下移动式开沟器与农田土壤、表层覆盖秸秆的相互作用关系，特别是基于移动式开沟器与秸秆相互作用关系研究的缺乏制约了高性能轻简型免耕播种机的研制和免耕播种技术的发展。本项目以移动式开沟器与土壤、表层覆盖秸秆作用关系为研究对象，依托山东省旱作农业机械及信息化重点实验室的保护性耕作试验区，采用试验和数值模拟相结合的方法，研究移动式开沟器对土壤、表层覆盖秸秆扰动特性的影响，明确开沟器作业时扰动土壤对秸秆运动状态的影响，优化移动式开沟器结构参数。基于移动式开沟器与秸秆相互作用关系，明确移动式开沟器和开沟器组作业时的秸秆流动特性，建立秸秆扰动模型，揭示应用移动式开沟器的免耕播种机的秸秆堵塞机理。本项目的成功实施将为高性能移动式防堵开沟器和适合我国特点的轻简型免耕播种机的设计与开发奠定坚实的理论基础，有效推动我国保护性耕作技术的深入发展。

移动式开沟器与秸秆相互作用关系及堵塞机理研究的缺乏，制约了高性能轻简型免耕播种机的研制和免耕播种技术的发展。本项目以土壤扰动的沟型截面积和表层秸秆扰动量为评价指标分析对种床特性的影响，明确移动式开沟器-土壤-表层秸秆间的相互作用关系，优化移动式开沟器触土部件的结构参数；通过自行设计的秸秆扰动测试平台，分析不同秸秆覆盖状态和铲柄对秸秆的扰动情况，研究了移动式开沟器作用下的秸秆流动特性、秸秆力学特性及对覆盖秸秆扰动及受力情况，探明了秸秆扰动规律。分析了堆集在铲柄前端的秸秆的不同分布状态，明确滑移阶段形成堵塞的平衡条件，建立了秸秆堵塞模型，提出侧滑防堵方法；研制了一种侧滑防堵移动式开沟器，并对该装置的关键结构参数进行优化设计和田间试验，该秸秆侧滑防堵装置在不同的秸秆覆盖条件下起到清除种沟表层秸秆目的且作业效果较好。同时，基于移动式开沟器组作业时的秸秆流动特性分析，优化铲柄在机架上的布置方式。项目实施期间，发表相关的高水平学术论文5篇（含已录用待出版论文1篇），其中SCI收录论文1篇、EI收录2篇；申请或获授权国家专利6项，其中发明专利4项，实用新型专利2项；培养研究生3名；依托该项目的研究成果获得科研奖励2项。本项目的成功实施丰富了免耕播种防堵技术理论基础，有利于揭示我国轻简型免耕播种机的防堵机理，为高性能防堵开沟器和轻简型免耕播种机的设计与开发奠定坚实的理论基础，有利于促进我国免耕播种机具和保护性耕作技术的发展。