1. 项目概述

1.1 项目背景

1.1.1市场背景分析

我国农业现代化推进中，传统旋耕机功能单一、地形适应性差、智能化不足等问题凸显，难以满足精准化、高效化需求。农村劳动力老龄化加剧 “用工荒”，复杂地形耕作难题待解，一体化、智能化农机需求迫切。本智能旋耕机集成多项功能，适配多场景，能降低成本、提升效率，契合市场升级需求，发展潜力广阔。

1.1.2政策分析

国家大力支持农业机械化与智慧农业发展，“双碳” 战略推动绿色农机研发，相关政策为智能农机提供资金、技术支持。政策鼓励农机装备高端化、智能化转型，支持模块化、环保型产品创新，本项目符合农业现代化、绿色发展政策导向，可享受政策红利，具备良好的政策环境支撑。

1.1.3社会分析

农业机械化是农业现代化核心支撑，但传统旋耕机存在诸多痛点，难以满足现代农业“精准化、高效化、绿色化”需求。其功能单一，旋耕、筛选、清杂需分设备或人工完成，全流程耗时5小时/亩，还易导致土壤二次板结；接地比压大，在30%的丘陵坡地、泥泞地块易打滑陷车，甚至无法作业；智能化不足，依赖人工经验调整参数，耕作一致性差，且农村劳动力老龄化加剧“用工荒”；动力匹配不合理、能耗高，关键部件多用不可再生材料，污染环境。

1.2 设计目的

本项目拟研发智能一体化旋耕机，核心目标为：整合旋耕、筛选、清杂功能，实现 “一次通过式” 作业，全流程≤1.5 小时 / 亩；搭载闭环控制系统与多类传感器，精准调节参数，支持无人化辅助；适配坡度≤15°、泥泞度≥60% 地块，接地比压≤0.08MPa；模块化快拆设计搭配数字孪生运维，易损件更换≤5 分钟，减少 40% 停机时间；混动 + 动能回收降能耗 20%，关键部件 80% 为再生或可降解材料；通过模块化与标准化设计，每亩耕作成本减少 25%-35%。

1.3 项目意义

农业生产层面：一体化作业让耕作效率提升160%，土壤质量达标，显著降低生产与人工成本，年节约超30万元，还能覆盖平原、丘陵等多种场景，破解复杂地形耕作难题。

农业装备产业层面：构建全链条创新范式，为农机产业智能化、高端化升级提供参考，带动上下游产业链协同发展，预计年增产值超5亿元。

农业现代化层面：以数字化技术推动农业向数据驱动转型，践行绿色发展理念，降低设备操作门槛，缓解农村劳动力短缺压力。

2. 总体设计方案

2.1 整体结构组成

智能一体化旋耕机采用模块化架构设计，整体分为五大核心模块与智能控制系统，各模块通过标准化接口连接，可快速拆卸、更换与升级，具备良好的柔性与扩展性。设备整体尺寸（长 × 宽 × 高）为 4800mm×1800mm×2200mm，整机重量 2800kg，作业幅宽 1500-2300mm。

2.1.1 核心模块组成

1.旋耕模块（前端）：采用多组交错式旋耕刀轮设计，共配备 18 把碳化钨耐磨旋耕刀，通过连杆自适应机构连接，可实现 5-25cm 范围内的深度调节。刀轮转速 280-330r/min，通过变频电机驱动，满足不同土壤质地的破碎需求。

2.土壤筛选模块（中部）：倾斜式滚筒筛结构，倾斜角度 15°，配备三级分级筛网（孔径 50mm/20mm/5mm），可分离大土块、秸秆残茬与细土。筛网由变频电机驱动，转速 0-300r/min 无极调节，适应不同土壤湿度与筛选需求。

3.杂物收集模块（尾部）：弹簧减震式收集箱，容积 1.2m³，内置压力传感器与自动压缩机构，压缩比 1:3，单次作业承载量达 360kg。收集箱采用快拆式设计，卸料时间≤1 分钟。

4.行走与动力模块（底部）：采用履带式行走机构（或大花纹越野轮胎 + 四轮驱动），履带宽度 450mm，接地比压≤0.08MPa；配备智能独立悬架，行程 150mm，确保旋耕装置始终水平作业。动力系统为混动模式（燃油 + 电动），配套功率 30-75kW，油耗≤17.6kg/hm²。

2.1.2 模块连接方式

各核心模块采用 “快拆式机械接口 + 标准化电气接口” 设计，机械接口通过高强度螺栓与定位销连接，拆卸工具仅需扳手即可完成；电气接口采用防水航空插头，插拔次数≥1000 次，防护等级 IP67，适应农田潮湿环境。模块连接强度不低于主体结构强度，可承受作业过程中的振动与冲击载荷（最大振动加速度 5g）。

2.2 工作原理

智能一体化旋耕机通过 “机械作业 + 智能控制” 的协同模式，实现 “旋耕 - 筛选 - 收集” 一体化作业，具体工作流程如下：

作业准备阶段：用户通过触控终端选择作业模式（旱地 / 水田 / 坡地）或调用预设耕作方案，系统通过 GPS 定位模块获取农田边界与地形数据，自动规划作业路径。

旋耕作业阶段：设备按规划路径行进，旋耕模块启动，刀轮高速旋转破碎板结土壤；土壤传感器实时采集土壤质地与阻力数据，边缘计算单元分析后，通过连杆自适应机构调整旋耕深度，确保耕作均匀性。

土壤筛选阶段：旋耕后的土壤进入中部滚筒筛，系统根据土壤湿度数据调节筛网转速（湿度高时提高转速防堵塞），三级筛网分别分离大土块（＞50mm）、中颗粒杂质（20-50mm）与细土（＜5mm），细土直接散落田间形成待播种层。

杂物收集阶段：筛选出的大土块与秸秆残茬通过导料板进入尾部收集箱，压力传感器实时监测存储量，达到阈值（80% 容积）时自动启动压缩机构，压缩后继续存储，直至作业结束或人工触发卸料指令。

智能调节阶段：作业过程中，多光谱摄像头监测地表平整度，行走模块的智能悬架根据地形变化调整高度，确保旋耕深度一致；同时，系统实时记录作业面积、能耗、土壤数据等信息，同步至云端管理平台。

2.3 核心技术参数

表1：参数类别

2.4 工艺路线

智能一体化旋耕机遵循 “模块化设计 - 部件预制 - 系统集成 - 试验优化 - 量产准备” 工艺路线：先通过专业软件建模仿真设计模块，再按标准加工预制零部件；随后完成各模块组装调试与整机集成测试，重点验证协同性能与控制系统响应；经实验室及多场景田间试验优化后，制定标准化生产与质控体系，保障量产一致性。