免少耕开沟器的作用是,在收获后未经耕整的田地开出一条整齐的沟,为后续的种植做准备。开沟器作为主要触土部件,直接扰动土壤、影响后续种植（播种、插秧）质量,所以开沟器的研究设计具有重要意义。本文以南方免少耕水田土壤为研究对象,通过对土壤基本参数的测定及土壤试验的研究设计了三种适用于高含水率及高留茬量水田的松土开沟器。对所设计的开沟器进行了离散元仿真与田间试验,通过分析并对比开沟作业过程所受阻力、对土壤的扰动情况及开沟后的地表平整度等,既证明了所设计的开沟器具有良好的开沟效果,又验证了仿真试验结果的合理性。主要内容如下:（1）对南方免少耕水田土壤进行物理、力学性质的测定与试验。得到了土壤的性质及仿真时所需要的参数,如土壤质地、含水率、密度、内摩擦系数等。通过土壤的浸泡试验、冲击剪切试验得到了开沟器设计的初步思路。（2）对开沟器进行设计。根据土壤试验所得结论及南方水田的特点与种植农艺要求,设计了正五角星型、正六角星型及滑切入土的六角海星型开沟刀盘,确定了开沟器的结构参数、运动参数,设计了开沟器的整体装置、仿形装置、防堵草装置。（3）对开沟器进行离散元仿真与分析。（1）首先建立适合水田耕层粘湿土壤的离散元接触模型、设置土壤颗粒的相关仿真参数,导入开沟刀盘。（2）三种开沟器对比仿真试验的结果表明:正五角星型开沟器开沟效果最好。其对土壤的扰动系数较小、开沟后地表平整度较好,在开沟作业达到平稳状态后,开沟器所受水平阻力也最小,在20-25 N的范围内。（3）以开沟深度、前进速度、刀盘转速为因素,开沟平均阻力为指标进行三因素五水平的响应面试验,采用Design-Expert软件对仿真试验数据进行处理分析。分析结果表明:试验因素与指标之间存在交互作用。单因素对开沟平均阻力的影响都极显著,显著顺序为:前进速度>刀盘转速>开沟深度,且都与开沟阻力成正相关。开沟器前进速度与刀盘转速的交互作用对开沟所受平均阻力的影响显著,当开沟深度一定时,开沟阻力随前进速度的加快、刀盘转速的减小而减小。开沟深度与前进速度、开沟深度与刀盘转速的交互作用对试验指标的影响都不显著。（4）开沟器最优作业参数的求解。对开沟器的作业参数建立数学模型与约束条件,用Ma Lab软件的优化工具箱进行求解,确定了正五角星型开沟刀盘的最优作业参数为开沟深度64 mm、前进速度1.8 m/s、刀盘转速700 r/min,此时刀盘的开沟平均阻力为24 N。（4）对开沟器进行田间试验,且田间试验数据与仿真试验数据的最大误差为18.3%,这验证了仿真结果的合理性,为开沟器的结构设计与作业参数的优化提供了新的高效的方法。田间试验中开沟器所开沟窄而明显,达到了局部耕作的效果,为后续种植做了很好的准备;而且开沟作业过程能够达到降低阻力、减轻对土壤扰动的效果。