我国北方地区干旱半干旱类耕地由于降雨量少、风沙较大、耕层浅、土壤板结等原因,农作物出现了产量不高,抗倒伏性差等问题。如何保存雨雪以形成土壤水分,避免土壤养分流失,实现保墒保肥成为了研究热点。田间试验证明干旱半干旱地区土壤改良保墒机械化关键技术适合于我国北方干旱半干旱地区。实现保墒改良机械化,加快相关农机具的研制,对促进作物增产、提高农民的收入具有十分重要的理论意义和现实意义。本文选题来源于河北省科技计划项目(16227503D):“干旱地区土壤改良保墒机械化关键技术的研究与示范”。论文研究取得的主要研究成果及结论如下:(1)本文对国内外学者针对土壤保墒改良技术方法进行了介绍,对研制的相关农机具进行了分析对比,总结了目前土壤改良保墒技术的优点和不足。本文提出了适用于干旱半干旱耕地机械化土壤改良保墒技术的方法(即钻成的矩形阵列分布的深孔并施以土壤改良剂),为牵引式土壤改良保墒机械的设计提供了科学的理论依据。(2)结合当前农机农艺的实际情况,提出了机具总的设计原则及总体结构设想。在理论计算及试验的基础上,确定了牵引式土壤改良保墒一体机由与22.05kw拖拉机牵引,作业速度为70m/h,作业宽幅1.8m;钻孔呈矩阵式排列,钻孔直径90~110mm,孔深250~330mm,孔间距为550~650mm;排土呈定向半圆形河堤状分布;施土壤改良剂装置实现无级调节,钻孔与定量施土壤改良剂同工位作业。(3)利用Pro/E和CATIA分别对牵引式土壤改良保墒一体机进行建模和关键零部件仿真分析。确定了机具的整机结构和工作原理。设计了空芯螺旋钻结构,确定螺旋钻材料为65Mn,螺杆直径45mm,螺旋型叶片厚度2mm,导程为90mm,螺旋升角为16°。(4)分析确定了机具采用液压系统传动,对本机工作过程进行了分析,求解出力学的相关参数,根据力学参数对液压元件进行了选型,确定了液压原理图。(5)田间试验表明,牵引式土壤改良保墒一体机钻孔直径在100~110mm、深度250~330mm范围内;一次作业与二次作业之间的间距在550~650mm之间;排土方向可根据作业方向调整,排土的形态和重量稳定;施土壤改良剂效率稳定可实现无级调节,土壤改良剂与部分落土混合落在深孔底部。牵引式土壤改良保墒一体机达到了设计要求,通过机械化土壤改良保墒技术实现了贫瘠土壤改良保墒,为后续其他类型土壤保墒改良机械的研制提供了参考。