基于开沟破茬碎土特性的免耕播种作业阻力和能耗机理研究

开沟器的开沟破茬、碎土特性显著地影响免耕播种机具的作业性能，其破茬、碎土机理研究的缺乏严重制约了高性能免耕播种机的研制和保护性耕作技术的发展。本项目以免耕播种开沟器与土壤-根茬复合体作用关系为研究对象，依托农业部保护性耕作研究中心的保护性耕作试验区,采用试验和数值模拟相结合的方法，量化开沟器特性对土壤-根茬复合体的影响，明确我国典型农业区开沟器作业对土壤和根茬复合体特性的影响，建立开沟器破茬、碎土模型，揭示免耕播种开沟破茬、碎土机理；将开沟器破茬碎土机理应用到我国免耕播种作业阻力和能耗的研究，揭示开沟器和土壤-根茬复合体特性对开沟器作业阻力的影响机理和我国中小型机具免耕播种作业能耗机理。本项目的成功实施将为高性能开沟器和适合我国特点的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。

开沟器的开沟破茬、碎土特性显著地影响免耕播种机作业性能，其破茬、碎土机理研究的缺乏制约了高性能免耕播种机的研发。本项目以免耕播种开沟器与土壤-根茬复合体作用关系为研究对象，量化开沟器特性对土壤-根茬复合体的影响，明确我国典型农业区开沟器作业对土壤和根茬复合体特性的影响，建立开沟器破茬、碎土模型，揭示免耕播种开沟破茬、碎土机理；结合田间试验和模型分析，确定不同开沟器类型及其结构参数对种床特性和开沟作业阻力的动态变化规律，优化开沟器结构参数；在所建有限元开沟器切土模型的基础上，确定土壤-根茬复合体特性对开沟阻力影响的变化规律，揭示我国中小型免耕播种机能耗机理；同时，结合开沟器结构参数、土壤-根茬复合体和作业条件对开沟作业后种床特性和作业阻力的变化规律，建立开沟器结构优化及开沟效果预测的多目标优化模型，为免耕开沟器结构参数的优化设计和作业效果提供理论支撑。项目实施期间，发表学术论文12篇，其中SCI论文6篇、EI论文6篇；申请国家专利7项，其中发明专利授权3项和实用新型授权2项；培养2名博士研究生和2名硕士研究生。本项目的成功实施丰富了免耕开沟播种技术理论基础，有利于揭示我国中小型机具作业下免耕播种的能耗机理，可为高性能开沟器和适合我国特点的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。