香蕉是世界四大水果之一,在国际鲜果市场上占有很大的比重。我国香蕉种植主要分布在热带、亚热带地区,作为一种经济作物,香蕉的种植对地区经济发展有着十分重要的意义。香蕉采摘完后,遗留在地里的香蕉秸秆由于不能经过适当的处理而成为农业废弃物,而香蕉秸秆中含有大量香蕉生长所需有机物,如能使用农机具将其直接粉碎抛洒在土壤表面或浅埋地下,可以使秸秆中的有机物快速溶入土壤中,增加土壤肥力,降低种植成本投入,提高经济效率。目前国内香蕉秸秆粉碎还田机械化程度较低,配套的农机具较少且处在研发优化阶段。因此,香蕉秸秆废弃物的处理也成了目前香蕉种植业中一个必须解决的难题。基于此,本文结合理论分析、仿生技术和正交试验三种方法,对海南大学研制的立式香蕉秸秆粉碎还田机进行优化改进,主要研究内容为:(1)运用统计学分析与实地调查的方法,研究香蕉的生物特性及力学特性。通过分析香蕉假茎的种植方式、结构与形状,为整机参数的设计提供参考;通过分析香蕉假茎抗剪切强度的力学特性,为粉碎装置的设计提供理论基础。(2)目前用于香蕉秸秆粉碎的刀具在使用过程中存在刀具磨损量大、作业消耗功率大、刀具易断裂、刀具适应性差等问题。而在自然界中,犬科、猫科等动物具有锋利的爪趾,经过长期进化,这些爪趾具备优良的生物力学功能和切割刃曲线,在捕获猎物时爪趾也展现出了优良的减阻性能,且使用寿命较高,而爪趾的这些功能正是目前粉碎刀片有待加强的。在现代设计方法中可以采用仿生设计法来设计具备这些功能的粉碎刀片,增加粉碎刀片的减阻性能和使用寿命,同时,刀片减阻能力的增强也能降低机器功耗,良好的切割刃曲线使得机器粉碎效率提高,达到节能高效的效果。基于此,本文以狼的前爪趾作为研究对象,设计仿生刀片。(3)基于仿生学原理,模仿狼爪轮廓形态,优化设计香蕉秸秆粉碎刀片的刀刃曲线;从运动学仿生角度出发,在充分研究狼爪收缩运动规律的基础上,获取狼爪运动曲线方程,将其应用在秸秆粉碎刀刀尖点运动轨迹设计上。(4)田间试验。通过田间试验验证优化后机器设计是否合理实用,主要以香蕉秸秆粉碎率、秸秆覆盖率等作为试验指标,利用数据处理软件SPSS,结合正交试验方案,运用极差分析法与方差分析方法,分析机具前进速度、刀辊转速和刀片厚度三个因素不同水平对秸秆粉碎率、秸秆覆盖率的影响,并选出最佳组合。经试验结果分析得出研究得到机具的重要参数的最优组合为拖拉机前进速度为3m/s,粉碎刀辊转速为1650 r/min,秸秆粉碎刀厚度为12 mm,对应的试验指标分别为:秸秆粉碎率为95.5%,秸秆覆盖率为94.8%,还田效果较为优异。