少免耕播种是保护性耕作技术的核心技术之一,对农田实施少耕、免耕,可有效减少土壤风蚀、水蚀,对发展当地经济、增加农民收入、保护生态环境具有重要意义。免耕播种作业时,作物残茬、秸秆及杂草等缠绕、拥堵耕作部件是造成机具通过困难,发生草土混杂、晾籽架种现象的主要影响因素。本研究提出了驱动切茬和被动导草联合作业的技术思路,设计了一种切茬导草组合式草土分离装置,实现了秸秆及杂草的切割拨抛和引导分流,有效解决了免耕播种机的堵塞问题。主要研究内容和结论如下:(1)采用驱动切茬和被动导草联合作业方案实现防堵,设计了切茬导草组合式草土分离装置。通过凹面缺口圆盘刀对秸秆及杂草进行切割拨抛的同时开出一条“W”型沟,灭茬刀片对苗带进行一定程度的预耕作;开沟器随机组前进逐渐破茬入土并开出一条“V”型沟,开沟器上的导草板将破碎后的秸秆及杂草导入“W”型沟内,进而实现草土分离;在分析导草板与秸秆及杂草间互作用规律的基础上,结合CFD仿真技术,确定半径为150mm的凸型导草板导流效果较好。(2)切茬导草组合式草土分离装置的机理研究。建立了凹面缺口圆盘刀切割破碎秸秆及杂草时的运动学模型,结果表明影响该草土分离装置工作性能的主要结构参数有凹面缺口圆盘刀的入土深度H、回转半径R、转速n以及机组前进速度ν、刀盘偏角α、刀齿高度h和凹面缺口圆盘刀回转中心与秸秆起始接触点连线与滑切力的夹角τ;在分析秸秆及杂草抛撒轨迹的基础上,确定了秸秆及杂草在水平和垂直方向的最大抛撒距离。(3)研究草土分离装置各结构参数对草土分离效果影响。建立了草土分离装置-土壤-秸秆相互作用的离散元仿真模型,并以苗带秸秆清除率、土壤扰动量等为主要评价指标,进行了单因素和二次正交旋转回归组合试验。研究结果表明,凹面缺口圆盘刀的刀盘偏角、入土深度、刀齿高度对草土分离装置的作业效果影响显著;并对其结构参数进行优化,得到最佳参数组合为刀盘入土深度73.63mm、刀齿高度69.70mm、刀盘偏角23.41°。(4)研究切茬导草组合式草土分离装置的田间工作性能。田间验证试验结果表明,该草土分离装置作业后未发生堵塞现象,机具通过性良好,且工作性能稳定,苗带秸秆清除率和土壤扰动量分别为90.16%和20.85%,平均播种深度、施肥深度和种肥间距分别为60.4mm、120.2mm和59.8mm。符合玉米免耕播种作业的农艺要求。