棉花作为优质纺织工业原料,经济效益高,不仅对我国农业的发展和促进我国国民经济发展发挥着不可替代的作用,还对调整农业产业结构和提高农民经济收入有着很大帮助。长江流域特有的棉麦套作种植模式是一种提高复种指数,促进农民增产增收的种植制度,但棉麦套作种植机械化程度低、劳动强度大,严重制约了棉麦套作种植模式促进农民增产增收优势。因此为提高棉麦套作机械化程度,减轻农民劳动强度,结合棉麦套作“一麦两花”的农艺要求,设计了一种棉麦套作棉花铺膜直播机,并运用理论分析、仿真分析、土槽试验等对直播机关键部件进行研究。主要研究内容如下:1、棉花铺膜直播机可行性分析与整机结构设计。根据棉麦套作种植模式农艺和机具要求进行多功能棉花铺膜直播机整机结构方案的设计,可一次性完成精细整地、深施底肥、精量播种、地膜覆盖、覆土清沟五道工序联合作业的机械化工艺流程。2、整机关键工作部件选型与设计。分别对动力装置、旋耕整地装置、仿形机构、开沟播种装置、开沟施肥装置、铺膜装置和清沟覆土装置进行选型与参数设计。整机选用1WG5.2-80微耕机作为牵引动力;旋耕装置的旋耕弯刀螺旋排列安装在拖拉机前端并完成厢面的耕、整、平三道工序,耕深由尾轮调节控制;开沟播种装置采用内充种式排种器和翼铲式开沟器,施肥装置采用大槽轮排肥器及靴式开沟器,播种施肥装置前端设计仿形机构,解决田间地表不平整造成的播种和施肥深度不一致的问题;铺膜装置采用滚动的展膜压膜轮辊靠摩擦力及纵向拉力将膜展开,并将膜边压入膜沟;清沟覆土装置采用圆盘犁和双翼清沟犁组合,外侧膜边由高度可调的圆盘覆土器覆土盖压,内侧膜边由覆土清沟犁双翼覆土盖压,与此同时可调双翼覆土清沟犁将旋耕过后破坏的田垄进行清理和修复;施肥装置和播种装置采用地轮传动,可有效的解决拖拉机前进速度与排种器转速匹配问题,从而保证株距的稳定性。3、棉花铺膜直播机关键部件的仿真分析。利用Solidworks软件中的simulation插件对旋耕弯刀、机架、覆土清沟犁铧、种肥开沟器进行静应力分析,其最大应力值分别为165.9MPa、20.4MPa、29.65MPa、5.64MPa和56.8MPa,均小于设计材料的屈服极限强度,验证样机工作的稳定性和安全性。4、基于EDEM的棉花排种器排种仿真试验。以鄂抗棉10号种子为对象,开展内充式棉花排种器性能试验。通过对内充式棉花排种器工作过程仿真和充种孔类型对播种性能影响的单因素试验仿真,优化了型孔结构;以内窝孔深度、入种口高度和排种盘转速为影响因素,通过三因素三水平响应面试验仿真,获得了较优组合条件下的排种器排种合格率为98.58%、漏播率为0.08%、重播率为1.34%;通过台架试验测得较优组合条件下排种合格率为95.31%、漏播率为1.66%、重播率为3.03%,与仿真试验的合格率误差3.27%(<5%),故基于EDEM的排种器离散元仿真试验为排种器性能参数的确定是可行的。5、棉花铺膜直播机土槽试验。参照GB/T5668-2017和NY/T 987-2006标准,对棉花铺膜直播机进行了性能试验,试验结果表明:旋耕装置的左右两行的旋耕深度平均值分别为105.2mm和105.6mm,标准差分别为2.62和2.50,变异系数分别为2.49和2.37,稳定性系数分别为97.51%和97.63%,旋耕后土壤碎土率为92.59%;排肥装置左右两行的排肥量平均值为13.115g和13.338g,标准差为0.846和0.736,变异系数为6.45和5.52,稳定性系数分别93.55%和94.48%,左右两行施肥深度分别为93.5mm和93.2mm;排种装置内充种式排种器穴粒数的合格率为95.12%,漏播率约为2.61%,穴距合格率为97.0%,穴距变异系数为20.64%,而勺轮式排种器穴粒数合格率为92.8%,穴距合格率为96.67%均小于内充种式排种器合格率,证明内充种式棉花排种器的土槽作业性能比勺轮式棉花排种器优越;铺膜装置地膜采光利用率为92.8%,地膜纵向拉伸率为6.3%,以上指标符合标准要求,而地膜漏覆土率为2.29%大于2%,略大于标准要求。