我国主要酿酒葡萄产区集中在宁夏、新疆北部等地区,由于其特殊的地理位置,葡萄藤容易在冬季出现风干和冻伤,通常采用冬季埋土及春季清土作业进行防护。目前,春季清土起藤作业主要以人工为主,机械化程度较低,使得我国酿酒葡萄的种植成本一直居高不下。目前宁夏贺兰山地区在研的旋抛式清土机械缺乏系统的理论指导,未见有针对旋抛机械清土部件与防寒土土壤颗粒群间相互作用机理的研究,大多数基于经验设计,且只能解决土垄两侧初次清土的问题,埋藤的核心区域土壤仍需人工作业。这导致在实际应用中存在诸多问题:如清土效率低、清土效果差、伤藤率高、人工成本高、整机功耗大等问题。针对上述问题,本文对宁夏典型种植区域酿酒葡萄种植基地的土壤颗粒群与旋抛刀相互作用机理进行研究,完成旋抛刀的参数设计,通过EDEM仿真,探究旋抛作业、旋抛—气吹复式作业下土壤颗粒群的复杂动力学问题,结合课题组在研的气吹式清土机的设计技术,形成旋抛式和旋抛—气吹复式清土机设计的系统理论,设计了分层旋抛式清土起藤机与分层旋抛—气吹复式清土起藤样机各一套,实现了春季清土起藤作业的完全机械化。本文主要的研究工作如下:（1）土壤颗粒群离散元仿真参数的测定与分析。主要研究宁夏酿酒葡萄主产区碎砂石类型防寒土的离散元仿真参数,以青铜峡鸽子山地区拥有上述典型土壤特性的葡萄园种植基地为例,测量并确定该基地土壤类型。将土垄在纵方向上分为三层,测量每层土壤的本征参数,包括含水率、密度、剪切模量、内摩擦角、屈服强度等,通过堆积角试验,结合Plackett-Burman方法、最陡爬坡试验以及Box-Behnken响应面分析法确定回归方程,逐步确定土壤颗粒间的静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数以及粘聚能量密度,然后通过滑落试验确定土壤与旋抛刀之间的静摩擦系数,滚动摩擦系数以及碰撞恢复系数,在此基础上建立碎砂石型土壤的三层土垄仿真模型。（2）酿酒葡萄分层旋抛—气吹复式清土起藤机总体设计。基于课题组在研的气吹式清土技术,提出分层旋抛式初次清土起藤方案以及旋抛—气吹复式清土起藤机的总体设计要求。复式清土机由三点悬挂架、机架、旋抛式清土部件、气吹式清土部件等组成,只需作业两次即可清除葡萄藤两侧的覆土,不需要人工再次进行作业。因课题组已对气吹式清土做了大量研究,且取得了一些成果,故主要针对分层旋抛式清土机各个部件进行设计,包括机架、分层式旋抛部件、旋抛纵向伸缩装置、旋抛横向伸缩装置、液压元件的选型等。（3）酿酒葡萄分层旋抛清土机理研究。根据现有清土起藤机的使用经验与酿酒葡萄种植农艺、清土农艺要求,对分层旋抛式清土机与土壤相互作用机理进行研究,完成旋抛式清土机的理论分析,找出影响功耗、抛送距离的因素;然后基于Recurdyn软件对旋抛刀进行动力学分析,分析机器最佳作业时的刀具数量,找出旋抛刀端点位移、加速度、速度等曲线规律;通过EDEM-Recurdyn耦合仿真分析旋抛刀具与土壤的相互作用机理,确定刀具的外形。（4）清土起藤机清土性能的仿真分析。对于分层旋抛式清土起藤机,通过EDEMRecurdyn耦合,对旋抛部件清土效果,抛送距离及刀具扭矩进行单因素试验,然后以刀具扭矩、清土率为评价指标,刀具焊接角度、转速及前进速度为影响因素,进行正交试验,结果表明刀具焊接角影响最为显著,当旋抛刀焊接角为30°,转速为300r/min,前进速度为0.4m/s,清土效果最好,当旋抛刀焊接角为30°,转速为270r/min,前进速度为0.4m/s刀具扭矩最小;在复式清土起藤机中,因旋抛部件配合风力吹送式清土复式作业,考虑整机的工作效率,选取旋抛刀焊接角为30°,转速为270r/min,前进速度为0.5m/s再次进行试验,采用EDEM-Fluent耦合的方法对剩余土壤进行风力吹送仿真模拟,结果表明,旋抛与气吹配合清土效果很好。（5）分层式旋抛清土机台架试验及复式机田间清土试验。以不同焊接角度的旋抛刀具、转速以及整机前进速度为影响因素,以清土量和扭矩为评价指标进行分层式旋抛清土机台架试验,通过单因素试验确定各因素范围,然后借助正交试验获得分层式旋抛装置的最佳作业参数。结果发现当旋抛刀焊接角为30°,转速为300r/min,前进速度为0.4m/s清土效果最好,当旋抛刀焊接角为30°,转速为270r/min,前进速度为0.4m/s刀具扭矩最小,与仿真结果一致;试制了一台分层旋抛—气吹复式样机进行田间清土试验,试验结果表明针对碎砂石土类型土壤,分层旋抛式清土起藤机的平均初次清土率为76.98%,相对于单层旋抛提高了16.93个百分比,满足清土评价指标;分层旋抛—气吹复式起藤样机清土率为90.26%,露藤率为94.4%,伤藤率为2.49%,实现春季清土起藤的完全机械化。