秸秆与根茬粉碎还田可以有效改善土壤有机质含量、提高土壤蓄水保墒的能力,并且具有提高播种质量和播种机通过性的功能。然而,工作阻力大和作业功耗高仍然是现有秸秆还田技术中存在的主要问题。本文从实际问题出发,针对玉米根茬粗壮导致灭茬功耗高的问题,利用仿生学理论,以蟋蟀切齿叶为仿生原型,在常用L型灭茬刀的结构基础上设计具有仿生锯齿的灭茬刀。主要完成工作总结如下:(1)探究生物特征中变曲率曲线在农业机械设计中的应用案例,总结变曲率曲线的减阻特性。选择蟋蟀切齿叶为仿生原型,使用扫描电子显微镜对蟋蟀上颚进行形貌观察,并提取切齿叶部分的轮廓特征。采用多项式拟合方法,对蟋蟀切齿叶轮廓进行曲线拟合,并分析蟋蟀切齿叶变曲率的轮廓曲线特征,为研制仿生灭茬刀提供仿生学信息。(2)在常用L型灭茬刀的结构基础上,对其切削过程进行运动学和动力学分析。通过对灭茬刀滑切角的研究,结合蟋蟀切齿叶变曲率的轮廓具有的变滑切角特性,选取最优的齿型轮廓曲线设计并加工具有仿生齿型的L型灭茬刀片。(3)使用LS-DYNA软件对常用L型灭茬刀的作业过程进行非线性动态有限元分析。通过编排正交试验方案,以切削阻力为评价指标,得到常用L型灭茬刀的最优工作参数组合。在最优工作参数的基础上,分别对两种仿生灭茬刀的切削性能进行有限元分析,为后续田间试验分析提供理论基础。(4)在设置最优工作参数的前提下,进行田间对比试验。试验结果显示:原型灭茬刀的扭矩平均值为299.712N·m,仿生刀片A、仿生刀片B的扭矩平均值分别为267.894N·m和275.843N·m,相比原型灭茬刀分别降低10.62%和7.96%;原型灭茬刀最大切削扭矩为1204N·m,仿生灭茬刀A和仿生灭茬刀B的分别975N·m和1047N·m,相对于原型灭茬刀分别降低了19.02%和13.04%。在田间对比试验的作业质量方面:以灭茬深度和根茬粉碎率为评价指标,对照根茬粉碎还田机的作业技术要求,无论是仿生刀片还是原型刀片,均满足要求。