中耕培土是保证马铃薯生长的必要措施,对马铃薯产量有显著的影响。本文针对培土器在作业时存在培土高度不足、工作性能差等问题,设计了一种仿生培土器。利用离散元仿真与数字化土槽试验相结合的方法,研究了仿生培土器结构及运动参数对培土高度、工作阻力及土壤破碎率的影响,优化关键工作参数组合,为培土器的设计提供依据。本文主要的研究内容如下:(1)设计了仿生培土器。通过分析马铃薯培土农艺要求及培土器类型,设计了一种适用于单垄双行种植模式的仿生培土器,研究了仿生培土器的工作原理。对关键触土部件仿生翼板和仿生铲胸进行了设计;参考马铃薯垄作的农艺要求,对幅宽调节器等装置进行了设计。(2)仿生培土器工作过程的EDEM仿真。构建了不同结构参数的仿生培土器及土壤颗粒边界模型;对照垄型参数构建了离散元土壤结构模型。利用EDEM分别研究了仿生培土器关键结构及运动参数对培土高度、工作阻力、土壤破碎率的影响。结果表明:1)各因素水平基本满足培土高度的要求;2)工作阻力随着前进速度与铧刃夹角增加而增加,随着凸包半径、高径比、凸包间距的增加呈先减小后增加的趋势;3)土壤破碎率随着前进速度的增加而减小,随着铧刃夹角、凸包半径、凸包间距、高径比的增加而增加。(3)仿生培土器结构参数优化及验证试验。以铧刃夹角、凸包半径、凸包间距为试验因素进行正交试验,并建立了3个因素与工作阻力、土壤破碎率之间的数学模型。试验表明:影响工作阻力的因素显著性顺序从大到小依次为铧刃夹角、凸包间距、凸包半径;影响土壤破碎率的因素显著性顺序从大到小依次为凸包半径、铧刃夹角、凸包间距。仿生培土器最优参数组合为铧刃夹角26°、凸包半径17.2mm、凸包间距28.5mm;通过土槽试验可知,与普通培土器相比,仿生培土器满足培土高度要求并表现出较好的降阻与碎土能力,降阻率约为10.49%,土壤破碎率提高9.64%。培土高度、工作阻力、土壤破碎率的仿真与试验值相对误差分别为6.18%、2.60%、13.97%。