2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机利用秸秆侧向抛出的原理,集成了原茬地种床整备、清秸防堵、精量播种、侧深施肥、覆土镇压、喷施药剂和秸秆均匀覆盖等多项功能于一体,一次进地完成原茬地高质量精密播种各项作业工序,实现了精耕细作与保护性耕作瞬时动态融合,已成为保障原茬地玉米、大豆、花生等作物保护性播种的重要技术手段。秸秆还田量对粮食产量及土壤微生物均有显著影响,为实现免耕播种的同时按照科学的比例回收秸秆,以达到最佳秸秆还田量的目的,本研究设计了一种与2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机匹配的秸秆同步比例回收装置,并通过理论分析、数值模拟、试验研究相结合的方法,完成了系列关键技术研究。主要工作内容及取得的成果如下:(1)玉米秸秆侧向抛出动力学模型的建立:综合考虑空气阻力、土壤干涉及其他不可控因素对玉米秸秆空间运动轨迹的影响,对玉米秸秆被侧向抛出过程进行了动力学分析,建立了含有修正系数的玉米秸秆被侧向抛出动力学模型及玉米秸秆空间三维运动轨迹的参数化方程。利用高速摄影技术,通过三因素五水平二次回归正交中心组合试验分别建立了适用于联合收割机收获后玉米原茬地秸秆和人工收获后玉米原茬地秸秆的修正系数关于刀齿转速、刀刃倾角及机组前进速度的回归模型。验证试验结果表明,玉米秸秆空间各维度运动轨迹与理论值的相对误差在10.01%~14.80%之间,相关系数R2在0.9347~0.9832之间。(2)玉米秸秆比例回收装置的设计:结合玉米秸秆侧向抛出动力学模型,确定了秸秆回收装置的主要结构及技术参数。确定了秸秆回收比例的调整原理,并对导流板进行了设计。通过对玉米秸秆回收装置叶片抛送秸秆的过程进行分步分析,建立了玉米秸秆回收装置的功耗模型,求解出玉米秸秆回收装置功耗为7.032 kW。由玉米秸秆回收装置功耗为初始条件,确定了液压马达、液压泵、溢流阀、节流阀的型号。(3)玉米秸秆回收装置流场分析:利用FLUENT软件,对玉米秸秆回收装置气流流场进行了数值模拟分析。通过瞬态求解分析方法,研究了轴向叶片的数量对气流流场的影响,轴向叶片数为1~5的秸秆出口气体流量均值分别为0.310 kg/s、0.317 kg/s、0.329 kg/s、0.339kg/s、0.334 kg/s,综合比较秸秆出口流量、最大气流速度以及流场分布均匀性选定轴向叶片数为4。通过稳态求解分析方法,研究了叶片长度、叶片轴向重叠长度、进气口直径三个因素对气流流场的影响。秸秆出口的气体流量与叶片长度、叶片轴向重叠长度、进气口直径均呈正相关关系。综合比较秸秆出口流量、最大气流速度以及流场分布均匀性可选定叶片长度为150 mm、轴向重叠长度为20 mm、进气口直径为140 mm。玉米秸秆回收装置台架试验的结果表明,实测值与数值模拟的分布规律基本一致,实测值较模拟值偏小且偏差范围在10%以内。(4)玉米秸秆回收装置关键部件有限元分析:利用Workbench软件,对叶轮分别进行了固有模态分析和基于流固耦合方法的预应力模态分析。在叶轮施加预应力后,预应力模态比固有模态低10%左右。叶轮模态以12阶次为一组,叶轮外部振源激振频率为140 Hz,此值与第12阶预应力振动模态的频率差值为14.7 Hz,在转速700 r/min下工作,叶轮不会因共振发生结构破坏而影响作业质量。(5)样机试制与田间性能试验:试验样机能将秸秆顺利回收;通过改变导流板安装角可以实现秸秆的不同回收比例,理论秸秆回收比例与秸秆回收率的相对误差为5.69%~9.49%,不清洁度的范围为6.08%~16.32%。