黑龙江省是水稻种植主要省份之一。稻田中杂草的生长,直接影响着水稻的品质和产量。稻田实施绿色、科学有效的杂草控制技术,对实现水稻高品质、高产量和改善土壤结构具有重要意义。水田株间机械除草作业空间小,工作时极易造成伤苗,另外除草作业试验受季节限制,设计研发周期长。针对上述问题,本文设计了一种倒V型对转式水田株间除草部件,对该部件进行了理论分析、仿真与室内试验,并得到了田间验证。采用倒置“W”9点取样法对本地区稻苗移栽20天稻田内的杂草进行了统计与分类,通过测量得到了稻苗、稗草和矮慈姑的直径、高度等物理特性。对水田株间除草部件进行几何分析计算与试验,确定了其主要结构参数。采用模糊综合评判方法,对部件材料进行了选择。运用MATLAB 2018b软件对弹齿运动方程进行仿真,得到弹齿运动轨迹线。通过室内试验,得到“鱼鳞”状切土轨迹,验证了部件理论分析与运动仿真的一致性。运用Creo 5.0、Hyper Mesh 2017和LS-Pre Post及LS-DYNA软件联合模拟了水田除草部件-土壤互作过程。采用单点ALE多物质体单元算法对土壤与水进行多物质耦合,实现了在株间除草部件扰动下土壤与水层间的物质运动;运用罚函数法建立了株间除草部件与土壤-水互作的流固耦合有限元模型。通过对土壤-水模型应力场和流场的分析,解释了水田株间除草部件切削土壤动态行为过程。采用单因素试验和正交试验,仿真分析了机器前进速度、部件转速和水层厚度对耦合应力和扰土率的影响。研制了智能水田株间除草部件测试试验台,并对机器前进速度和部件转速进行了标定。依据仿真试验结果,以机器前进速度、部件转速和水层厚度3个因素进行二次正交旋转试验,结合响应曲面法,得到各因素及其各因素间一级交互作用对水田除草部件与土壤互作过程的应力和除草率的影响规律。影响应力的因素主次顺序为:水层厚度＞机器前进速度＞部件转速＞机器前进速度×水层厚度＞部件转速×水层厚度＞机器前进速度×部件转速;影响除草率的因素主次顺序为:部件转速＞水层厚度＞机器前进速度＞部件转速×水层厚度＞机器前进速度×部件转速＞机器前进速度×水层厚度,与仿真试验结论一致。利用多目标优化设计方法,得到水田株间除草部件与土壤互作试验最优解为机器前进速度0.76 m/s、部件转速112.00 r/min和水层厚度0.01m。为验证优化结果,进行了室内及田间试验,试验结果表明:优化结果与试验结果应力相对误差为0.42%,除草率相对误差为0.80%,伤苗率为4.16%,满足水田株间除草部件的机械除草农艺要求。