目前对于灭茬刀结构的优化多采用静力学分析的方法,而刀具与土壤和根茬的作作物根茬还田是根茬综合利用最直接的形式,玉米根茬还田效果直接影响下季作物的播种,而灭茬刀辊直接影响着灭茬效果。现有灭茬刀辊的碎茬效果不佳、功耗较大。本文设计出一种双轴式灭茬机,通过二次灭茬可显著改善灭茬效果,同时通过结构参数优化实现刀具轻量化和减阻降耗。通过理论分析确定双轴式灭茬机关键部件的结构尺寸、刀具数目及刀具排布。其功能是:首先,通过接近地表高速旋转的一次灭茬刀辊,切断根茬、切削土壤,即进行一次灭茬;其次,把经过一次切断的根茬送到后上方的二次灭茬刀辊处,对未完全粉碎的根茬进一步粉碎;然后均匀抛洒向田间,最后的镇压滚筒完成土壤的镇压与平整。两次深度灭茬的设计效率高,粉碎效果好,充分提高了土地的肥效。灭茬刀作为灭茬刀辊作业重要的执行部件,其结构参数会严重影响切削力和刀具质量,从而影响灭茬机的作业功耗。用过程属于动态过程,所以模拟刀具的作业过程存在较大误差。为更加真实有效模拟灭茬机作业过程,采用有限元软件ANSYS中的显动力学模块(LS-DYNA),对刀具与土壤和根茬的相互作用进行研究.通过作业过程的力学特性分析,验证了结构设计的可行性。选取L型直刀的弯折角、刀刃厚、刃角三个结构参数为试验因素,选取灭茬刀平均切削力、灭茬刀的质量为目标,构建三元二次回归数学模型,分析各结构参数对平均切削力和刀具质量的影响规律,结果表明,各因素影响平均切削力的主次顺序为弯折角>刀刃厚>刃角。影响刀具质量的主次顺序为刃角>弯折角>刀刃厚。利用Design-Expert软件中的多目标参数优化(Optimization)模块,根据目标函数的数学模型,结合试验因素和边界条件进行求解,得出弯折角为117.3o、刀刃厚为0.56mm、刃角为10o时刀具结构最优。为验证双轴式灭茬机碎茬效果数值模拟以及刀具参数优化的准确性,进行了机具田间试验。结果表明:双轴式灭茬机相对于普通单轴灭茬机有较高的碎茬率,仿真优化后的灭茬刀有减阻和轻量化的效果。该研究可为灭茬机的设计及刀具的结构优化提供参考。