马铃薯由于具有丰富的营养价值并且环境适应能力强,在世界范围内得到了大规模的种植。在马铃薯被确定为我国主粮作物后,我国马铃薯种植面积和产量逐年攀升,并连续多年位居世界首位。但由于种薯品质参差不齐和生产模式落后,我国马铃薯亩产量低于世界平均水平,与发达国家有较大差距。马铃薯田间管理环节之一中耕培土作业可以为马铃薯幼苗营造良好的土壤环境并且铲除杂草促进马铃薯幼苗的生长。目前国内外大型中耕机上的培土装置大多为圆盘式和犁铧式培土器,圆盘式培土器可满足马铃薯中耕培土量大的要求,广泛应用于砂壤土和轻壤土。但在粘重板结土壤条件下作业效果不够理想;犁铧式培土在土壤情况理想,杂草较少的情况下工作效果较好,但在粘重板结土壤条件易产生由于长时间工作造成的堵塞问题,并且在杂草较多时易在培土器犁铧和培土板连接部分产生缠绕现象,影响了培土效果。针对上述问题,本文设计了一种适应于东北地区粘重板结土壤条件下的驱动式马铃薯中耕机培土装置,本文的主要内容如下:(1)以东北地区粘重板结土壤为研究对象,通过实地采样结合物理试验的方法对马铃薯中耕作业实际情况的基础数据进行测量和分析,主要包括土壤的坚实度、含水率、密度等土壤基本物理参数和马铃薯垄型的基本参数,为后续培土装置结构设计和离散元数值模拟参数的确定提供重要的数据支持。(2)结合马铃薯中耕培土作业工况及土壤物理特性,分析驱动式马铃薯中耕机作业特点并根据马铃薯中耕培土农艺要求设计了一种新型结构的培土装置,通过对土壤在铧尖上运动过程的受力分析及培土犁体工作面方程的确定得出了培土装置关键部件的结构参数;基于楔面原理分析了土壤颗粒在培土犁体表面上的运动轨迹,并得到了土壤脱离培土犁体后的运动方程。确定了影响培土装置作业性能的因素,为后续的仿真试验和田间试验奠定基础。(3)通过EDEM离散元软件建立培土器—土垄联合仿真模型,为了模拟实际田间作业情况,建立了不同的土壤颗粒模型,并在土壤颗粒模型间添加粘结键。以土壤颗粒模型为基础结合前文所测马铃薯垄型基本参数建立了马铃薯土垄仿真模型,以培土高度为试验指标进行仿真试验,以常规工况对培土装置进行运行参数设定,通过仿真模型验证了培土装置结构设计的可行性并对后续的田间试验培土装置的运行参数设定及指标测定提供参考。(4)为检验培土装置的工作性能,以驱动式马铃薯中耕机为试验载体进行田间试验。设计二次正交旋转组合试验,得到了培土装置的最优工作参数组合,当培土装置设定的工作参数为入土角度为20°、入土深度为110mm、机具前进速度为1.0m/s时,培土高度达到为68mm、除草率为93.1%,为验证培土装置作业性能在此情况下进行了驱动式马铃薯中耕机田间整机验证试验,结果表明机具的碎土率为95.1%、除草率为93.3%、伤苗率为1.2%、土壤蓬松度为21.9%、培土高度为68mm、油耗为13.2kg/hm~2,满足马铃薯中耕作业要求并优于国家标准,试验表明机具可一次性完成深松碎土、铲除杂草、培土起垄的复合性作业。同时也验证了本文研制的驱动式马铃薯中耕机培土装置适配性良好,在最优参数组合下满足整机的性能要求。本文将为马铃薯中耕机培土装置的进一步研究和优化提供技术参考及理论支撑。