秸秆还田可以有效利用秸秆资源,杜绝秸秆资源浪费和焚烧现象,但是由于秸秆不易腐烂,留在地表影响播种质量和出苗率,也会导致土壤病菌增加,作物病害增加等不良现象。东北棕壤土区耕地由于不合理的耕作模式和长期高强度开发,导致土壤耕层出现了“浅、实、少”的问题。针对以上问题相关专家提出结合秸秆还田和构建合理耕层结构的秸秆深埋还田。秸秆深埋还田既能培肥地力又能提供良好的播种环境,形成结构合理、深厚、肥沃的耕层提高耕作环境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）”针对东北棕壤土区耕层构建障碍性问题,在对国内外秸秆还田机及其关键部件和关键技术深入分析研究基础上,通过力学分析、运动学分析、气固耦合仿真、离散元仿真和田间试验等理论研究方法对气力式秸秆深埋还田机的捡拾粉碎装置、输送装置、开沟分土装置等关键部件进行了研究,研制了气力式秸秆深埋还田机并进行了试验研究。主要研究内容和成果如下:（1）依据东北平原棕壤土区合理耕层技术指标要求,结合秸秆深埋还田的农业技术要求,确定了实现秸秆深埋还田的工艺流程和整机设计方案。（2）论文完成了捡拾粉碎装置的参数设计,采用甩刀式刀辊和动定刀支撑的方式实现秸秆的捡拾粉碎。当作业速度为3～4km/h,要求捡拾率和粉碎率都大于90%时合理的转速范围为1900～2100 r/min。（3）通过对气力输送装置输送过程的理论分析,应用气固两相流体力学和CFD-DEM耦合数值模拟方法,分析了秸秆和气流在气力输送装置内的运动规律。利用Fluent和EDEM软件模拟分析了改变转速、叶片弯角和输送管结构对输送性能影响。当风机转速为1 800 r/min、叶片为30°弯角、输送管1和输送管2的边径比分别为0.2和0.125弯管型输送管2时输送装置的输送性能最好。气力输送装置正交试验表明,风机转速参数最优组合为叶片弯角30°,秸秆覆盖量为1.2 kg/m2,风机转速为1 800 r/min。（4）利用偏心圆设计方法以滑切特性为基础设计了逆旋开沟刀,其主要结构参数包括:刃口曲线偏心系数e为1.2、ra为284 mm、αa为65°、rb为335 mm、αb为56°的圆弧,侧切刃长度为70mm;动态滑切角τk由36°～41°递增;耕幅为102mm;折弯角度为70°,折弯半径为55 mm隙角为5°。基于离散元理论方法,采用EDEM软件,进行开沟装置的仿真试验结果表明:影响因素的主次顺序依次为隙角、弯折角度和弯折半径;开沟后沟内土壤颗粒残留数量为6%,同时沟壁、沟底平整保证了开沟质量。田间试验表明开沟分土装置作业速度的增加和刀具转速的降低,都会降低开沟深度,但对开沟宽度影响不大。当作业速度为3～4km/h,刀盘合理的转速范围为215～245 r/min。（5）对气力式秸秆深埋还田机进行试验研究,采用3因素5水平二次回归正交组合试验,对试验结果进行了方差分析,对回归方程进行了优化求解。结果表明作业速度为3km/h时深埋合格率为93.2%,开沟深度为268.7 mm秸秆粉碎合格率为92.5%。作业速度为4km/h时深埋合格率为90.4%,开沟深度为264.7mm秸秆粉碎合格率为91.9%。