玉米秸秆和根茬的粉碎还田是保护性耕作的一项重要措施，也是行之有效的处理方式。针对玉米秸秆还田过程中出现的还田刀高速打土，刀片磨损快，秸秆粉碎还田机一次进地作业秸秆粉碎效果差，多次进地作业功率消耗大，对土壤造成严重压实等问题，提出了一种先低速挖切根茬并向后抛，后高速将根茬和秸秆一同粉碎的设计思路，并设计出根茬挖切装置，采用理论分析和试验研究相结合的方式对秸秆根茬粉碎还田机进行研究。　　通过调查分析现有的玉米秸秆还田机的主要技术参数以及相关文献，确定了秸秆根茬粉碎还田机的整体设计方案及工作原理，并设计了传动系统。通过对根茬挖切装置进行运动学分析，确定相关参数。分析了秸秆根茬粉碎还田整机的功率消耗组成并拟定动力匹配。　　基于SolidWorks的建模设计了根茬挖切装置和不同尺寸规格的切挖茬刀片。利用SolidWorks simulation软件对弯刀和直刀等关键部件进行有限元分析，实现了关键部件的选型，直刀的最大应力，挖茬固定板的最大应力都小于材料的屈服强度，并具有较高的安全系数，满足使用要求。　　通过对根茬挖切装置功耗影响因素的试验研究，确定刀轴转速640r/min，机具前进速度1.2m/s，挖茬深度31mm为最佳参数组合，此时玉米根茬挖切装置的挖茬功耗为615w，验证试验表明该组合下试验误差较小。对刀轴转速做了单因素试验，用Origin8.0进行数据拟合并绘图，计算显示固定挖茬深度为31mm，机具前进速度1.2m/s下，根茬完全挖切的最低刀轴转速为626r/min。　　在对整机和关键零部件的设计、计算和仿真分析的基础上，绘制了样机图样，试制样机，并在山东理工大学试验田对样机进行了田间试验。设计试验并对试验结果进行分析和研究，通过三因素三水平正交组合试验，得出各因素对秸秆根茬粉碎率的最佳参数组合，即秸秆直立时，机组前进速度1.2m/s、还田刀轴转速1850r/min、挖茬刀轴转速800r/min，以及影响秸秆根茬粉碎的因素的主次顺序为：还田刀轴转速、切挖茬刀轴转速、机组前进速度。还田刀轴转速和切挖茬刀轴转速、还田刀轴转速和机组前进速度之间存在交互作用，切挖茬刀轴转速和机组前进速度之间的交互作用不明显。　　整机性能测试结果表明，在秸秆直立地和秸秆粉碎地，样机作业平稳，秸秆和根茬的粉碎效果都比较理想，秸秆粉碎地秸秆根茬粉碎率比秸秆直立地的秸秆根茬粉碎率高15％。样机各项指标均达到了设计要求和有关秸秆粉碎还田机和根茬粉碎还田机的国家标准。