玉米作为我国主要的粮食作物,占世界总产量的23.57%以上。玉米也是云南地区种植面积最大的粮食作物,是山区农民主要的经济来源。然而,云南地处云贵高原,地理环境十分复杂,玉米的机械化收播面积不足5%,且该地区存在土壤黏重,田块面积小,现有免耕播种机作业时机具通过性差,播种质量难以保证等问题。本文在研究玉米根茬的拉伸、剪切特性的基础上,针对圆盘刀主动切茬和二次开沟施肥播种原理,研制开发了集破茬、开沟、施肥、播种等免耕作业于一体的微耕机驱动的圆盘刀式玉米免耕播种机,并进行了田间试验。本论文依托云南省科技厅面上项目(2015FB125)“石漠化地区玉米免耕播种防堵机理及机具研究”进行课题研究,具体研究内容及结论如下:(1)以云南玉米种植环境与农艺进行研究,根据玉米品种“蠡玉168号”盆栽试验可知,其生育期为118天,株高166cm,穗位高75cm,穗长13.4cm,穗粗4.9cm,每穗14~16行,排列紧密,出籽率达到85%以上,千粒重为353.17g,出苗率达到95%以上;通过对盆栽玉米根茬的力学特性与土壤的物理机械性能进行深入研究,可为玉米免耕播种机的破茬装置设计提供依据。(2)针对目前免耕播种机存在破茬防堵与播种方面的问题,研制解决的关键装置。设计一种破茬限深装置,在保证高速切茬的同时具备良好的抓地性能;通过圆盘刀的旋转滑切破茬与双圆盘装置二次开沟的结合,实现种肥同沟垂直分施。(3)通过玉米根茬的拉伸和剪切性能试验发现:根茬的最大拉断力与单根直径呈正相关,与抗拉强度呈负相关;三种不同标距根茬的极限应力分别为6.8MPa、5.9MPa与5MPa;单根直径增大,最大拉断力呈递增趋势,拉断伸长率在含水率低时呈递增趋势,在含水率高时呈减小趋势;根茬的极限剪切力随单根直径的增大整体呈现增大的趋势,在含水率为70%且直径大于4mm时其极限剪切力最大;通过对根土复合体剪切性能试验可知,含水率是影响极限剪切应力的最关键因素,受力最大的为波纹圆盘刀。(4)通过Solidworks/Simulation对三种不同类型圆盘刀的结构强度进行静力学分析,可知缺口圆盘刀的应力与位移最大,分别为97.68MPa与0.286mm,同时,三种圆盘刀的测试结果均能达到要求,设计合理;通过ANSYS/LS-DYNA显示动力学仿真分析,结果表明波纹圆盘刀受力为747.18N,缺口与平面圆盘分别为406.99N与351.18N,通过圆盘刀切削土壤模型的应力分布图,可知三种类型的圆盘刀在X、Y、Z轴均未出现应力集中,这表明刀具设计合理。同时,通过对Z轴方向形变量的分析可以知道,三种类型圆盘刀的作业时沟深分别在92.7~96.4mm之间。(5)根据制作的样机进行玉米免耕播种田间试验,田间试验结果表明:配置平面圆盘刀的免耕播种机,其土壤扰动量较波纹和缺口圆盘刀分别低4.03%与1.15%,油耗分别低14.6%与7.5%;牵引阻力在0.54m/s时最低为1.2kN;使用三种类型圆盘刀的种肥深度合格率达到85%以上,粒距合格指数为90.3%,其主要技术指标参数均达到合格要求。