能源的供应与储备关乎人类未来，在环境污染与能源危机日益严重的背景下，寻求新的可利用资源成了人类社会发展的必由之路。近年来，玉米秸秆作为一种潜在的生物质资源，得到了广泛的开发与利用，但是留田的玉米根茬资源却没有得到合理处置。若能将根茬收集起来加以利用，不仅解决了焚烧根茬所带来的环境污染，而且得到了可利用生物质资源，同时为农民带来一笔额外收入。利用根茬的前提是根茬收获技术的不断完善与突破，作为玉米根茬收获机械的关键部件之一，根茬切挖装置的作业质量对整机的作业效果有着决定性的影响，因此，设计具有良好切挖效果的根茬切挖装置是根茬收获机研制的重点。为了解决现有机器只能进行捡拾、脱土、收集作业却无法切挖根茬的弊端，本文在现有玉米根茬收获机的基础上，设计了一种与现有根茬收获机配套使用的根茬切挖装置。该切挖装置使用拖拉机的三点悬挂挂接在拖拉机后方，根茬收获机前方，在进行捡拾作业之前对玉米根茬进行切割，配合根茬收获机一次性完成根茬切挖、捡拾、脱土和收集工作。本文设计的仿生玉米根茬切挖装置有2个创新点：1、刀柄间距可调，可以适用于不同行距玉米根茬收获；2、根据蝉若虫的挖掘特点，设计了一组具有仿生切齿结构的切茬刀片，降低了切土阻力和功耗。通过分析农业机械中常用根茬、茎秆切割部件原理，考察可能的玉米根茬的切挖方式，结合田间玉米留茬情况、根茬质量分布，确定切茬刀的切割刃口宽度为200mm，切割深度150mm。根据土壤的物理特性，对刃口进行受力分析，计算得到保证滑切作用的刃口倾角（刃口与前进方向夹角）应小于62°。玉米根茬切割刀片工作对象是裹带土壤的玉米根茬，切茬刀的作业环境与金蝉若虫用以挖洞的前足所处土壤环境相似，因此其挖掘前足可以为切茬刀仿生学设计提供参考。根据金蝉若虫的生物学特征，对其切土齿形进行观察取样，利用Origin软件拟合得到的齿形曲线，经过最小平方逼近后得到齿形线的斜率分别为1.11和-2.17。基于Solidworks软件的建模模块，建立了根茬切挖装置和具有仿生结构的切茬刀片模型，将其和整机进行装配，检验设计的合理性，基于整机模型优化了切茬装置的结构。基于Solidworks simulation对切茬装置的关键部件进行静力学分析，校验各部件的强度、安全系数。借助电子万能试验机测试切茬刀切土阻力，通过3因素3水平二次回归正交试验，考察各个因素对切茬刀切土阻力的影响：在刃口倾角为一定时，切齿尺寸对切土阻力的影响比切土速度显著；在切土速度一定时，切齿尺寸和刃口倾角对切土阻力的影响都较为显著；在切齿尺寸一定时，刃口倾角对切土阻力影响比切土速度显著。本文对玉米根茬切挖装置进行了研究和创新，新型的切茬装置可以完全匹配现有根茬收获机使用，对于玉米根茬切挖装置的发展和根茬资源的利用有重要意义。