播后镇压是农业生产中的重要环节。一直以来，传统的镇压辊存在着阻力过大，土壤粘附严重等问题，严重影响镇压辊的作业效果。因此，研究设计的镇压辊若能达到减粘降阻的目的，则会为农业生产带来效益。镇压辊作业过程中存在的问题与镇压辊和土壤接触表面的形貌及镇压辊的材料有直接的关系。此外，镇压辊的配重与行进速度也会直接影响镇压效果。本研究为使镇压辊达到减粘降阻的目的，运用创新性思路改进传统镇压辊。改进主要分镇压辊表面几何结构的改变和镇压辊表面材料的改变。本研究利用仿生学方法，仿蜣螂头部表面，将仿生凸包几何结构运用在镇压辊表面的设计上，改变了镇压辊与土壤接触表面的形貌；同时，利用超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)制作凸包结构，并将其固定在传统镇压辊的表面。几何结构与材料相结合改进传统的镇压辊，形成凸包几何结构仿生土壤镇压辊。在表面几何结构与材料两方面改进的基础上，本研究运用试验优化设计方法，考查了高径比、横向间距、角间距与配重四个因素，每个因素考虑了三个水平，利用L(493)正交表设计试验，在减少试验次数的同时全面考察了各个因素。本研究利用ABAQUS有限元软件，按照镇压辊的实际尺寸与正交试验的方案设计，对改进后的9组凸包几何结构仿生土壤镇压辊及3组不同配重的传统光滑镇压辊的镇压过程进行有限元分析，考察镇压辊运动过程中的阻力及土壤的下陷量。模拟结果表明，改进后的仿生凸包几何土壤镇压辊的阻力指标优于同等配重的传统光滑镇压辊，与此同时，配重显著影响两种指标的值。同时分析了阻力曲线的形状，总结了阻力变化的规律：在初始时间段，阻力的数据很大，但一段时间之后，趋于稳定，在较小的范围内波动；与传统光滑镇压辊结构相比，带有仿生凸包几何结构的镇压辊，其阻力曲线在稳定区间有规律地振动；随着镇压辊配重的增加，阻力的曲线趋于平滑。在有限元分析基础上，在土槽进行了镇压试验。试验选取了20%db与28%db两个含水量，考察了阻力、粘土量、土壤含水量及压后土壤容重，并针对阻力与粘土量对数据进行极差分析与方差分析。在含水量为20%db的条件下，减阻率在2.62%与35.59%之间，减粘率在23.65%与33.97%之间；在含水量为28%db的条件下，减阻率在6.59%与36.94%之间，减粘率在26.68%与35.13%之间。利用土槽试验得到的最优组合在试验田中进行土壤镇压试验。考虑镇压辊的表面形态、行进速度与附带配重三个因素，进行全面试验。考察了阻力、压后土壤容重及出苗率三个指标。试验结果表明：随着配重的增加，镇压辊在镇压过程中受到的阻力不断增加;随着行进速度的增加，镇压辊在镇压过程中受到的阻力会减小；改进后的凸包几何结构能够降低镇压辊在镇压过程的阻力，具体的减阻率为12.92%与38.29%之间；配重的增加会加大镇压辊对土壤的压实程度；提高行进速度能够降低镇压辊在镇压过程中对土壤的压实程度；凸包几何结构仿生土壤镇压辊能够减轻镇压辊对土壤的压实程度。