我国香蕉主产区分布在海南、云南、福建、广东和广西等热带、亚热带地区,香蕉作为经济作物在当地的农业经济和地区发展建设中占有不可或缺的地位。香蕉收获果实后,会产生如香蕉假茎、蕉叶和根茬这样的农业废弃物等。由于我国农业机械化水平程度不高,尤其在南方热区,其农作物的采摘与后期田间处理,基本上仍沿用人工处理的方式,但这种依靠人力的传统方式不仅会延误香蕉园的更新速率,还会给复耕蕉园带来病虫害的隐患。研究表明香蕉秸秆富含大量有机质、N、P、K以及香蕉生长所需的大量微量元素,在收获其果实后将其粉碎还田是践行可持续发展理念的一种方式,秸秆粉碎还田不仅可以改善土壤结构、增强肥力,提高产量,还可以节约成本,提高香蕉的经济效益。基于保护性耕作技术,本文设计研制一种滑切防缠式香蕉秸秆还田机,能一次性实现香蕉秸秆和根茬的全量粉碎。滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机可以一次性完成秸秆粉碎和根茬切碎两项作业,根据作业要求设计了机具的整机结构,确定了动力传递方式,基于海南地区香蕉种植模式,计算了机具的工作幅宽;通过建立数学模型,分析了秸秆粉碎刀辊和根茬切碎刀辊之间的位置关系。由于整机设计中,秸秆粉碎装置和除根灭茬装置是整机设计的关键部件,因此本文分别针对粉碎装置和灭茬装置进行设计研究。基于滑切减阻降耗机理,结合香蕉秸秆物理机械特性,提出一种变滑切角式刀刃曲线方程,依据秸秆粉碎刀片结构参数和硬度要求,采用冲压方式加工出一种滑切刀片。另外结合秸秆粉碎刀轴工作强度要求,设计了秸秆粉碎刀轴以及确定出秸秆滑切刀片在刀轴上排列方式。通过从大自然获取灵感的方式,在现有研究的基础上,阐述分析了土壤动物鼹鼠的挖削机理,从而提出一种模仿鼹鼠前脚趾轮廓曲线的设计方案,基于最小二乘法原理,得到多项式拟合曲线模型。最后将仿生曲线应用在灭茬刀切削刃设计上,依据灭茬刀工作环境要求,确定了仿生灭茬刀的硬度值范围以及热处理工艺。另外结合前人研究经验设计了香蕉根茬粉碎刀轴,确定了仿生灭茬刀在根茬粉碎刀轴上的连接方式以及排列方式。样机研制完成后,在课题组试验基地—澄迈县福山镇墩茶村进行田间试验,试验前完成了田间土壤的采样收集工作,以测量土壤颗粒直径和土壤密度大小。结合试验目的,确定了灭茬刀所受扭矩和功耗、土壤破碎率、根茬粉碎率和地表秸秆根茬覆盖率等试验指标,国标旋耕刀与仿生灭茬刀2种刀具对比试验结果分析发现:秸秆还田作业前地表有部分秸秆覆盖时,仿生灭茬刀各项指标均优于国标旋耕刀。在田间试验测量基础上,结合经验公式完成了离散元模型材料参数和颗粒接触参数的校准,从而完成灭茬刀—土壤—秸秆相互作用模型的创建。通过离散元仿真得出仿生灭茬刀和国标旋耕刀所受三向力变化曲线,同时仿真分析发现在有一定量秸秆颗粒覆盖土壤模型的情况下,仿生灭茬刀所受三向力指标均优于国标旋耕刀,与田间试验得出的结论一致,因此也印证了离散元仿真的可行性。