本文针对水田除草机械作业时除草率低、伤苗率高以及路面通过性差等问题,研制了一款乘坐式水田中耕除草装置。研究水田杂草生长特性,分析水田机械除草机理,介绍除草装置整体结构与工作原理。采用理论分析、结构设计、仿真模拟和试验研究等方法,对旋转耙齿式水田行间除草部件、摆动弹齿式水田株间除草部件以及水田机械除草装置自行走系统进行设计与试验研究。该款中耕除草装置满足水田除草作业要求,为后续水田除草机械的研究提供参考。本文主要研究内容及结论如下:（1）水田中耕除草装置机理分析与整机设计总结我国水田常见杂草的种类,分析水田杂草出苗高峰时间,确定水田除草最佳防除时机。研究杂草与秧苗生长特性,基于杂草和秧苗根系生长发育的差异性,分析水田机械除草装置的行间除草机理与株间除草机理。研究水田土壤的蠕变特性,基于水田土壤的流变性与触变性,分析除草装置作业时水田土壤的破碎与重塑过程。根据水稻种植农艺和除草作业特性,提出水田中耕除草装置的设计要求。阐述并分析了水田除草装置的整体结构组成和工作原理。介绍水田中耕除草装置相关辅助部件的结构及其原理。除草机理分析与整机结构设计为后续除草部件的设计与研究提供理论依据和作业平台。（2）旋转耙齿式水田行间除草部件设计与试验研究研制了一款旋转耙齿式水田行间除草部件。分析除草轮作业时的运动轨迹和受力情况,在此基础上进行行间除草部件关键部件的设计。基于离散元软件EDEM设计仿真试验,研究除草作业过程中除草轮和水田土壤接触力学特性变化趋势。为验证仿真试验的可行性与除草装置的工作性能,进行旋转耙齿式水田行间除草部件田间试验。仿真试验表明,各因素对除草扭矩影响大小的顺序为:除草轮转速＞除草轮入土深度＞机具前进速度;各因素对土壤扰动速度影响的大小顺序为:除草轮转速＞除草轮入土深度＞机具前进速度。水田行间除草部件在除草深度为50 mm、除草轮转速为240 r/min和前进速度为0.6 m/s的作业条件下工作性能最佳。田间试验表明,除草部件的除草率为85.2%;伤苗率为4.8%;工作油耗为14.3 L/hm~2。本研究设计的行间除草部件满足水田行间除草作业要求。（3）摆动弹齿式水田株间除草部件设计与试验研究研制了一款摆动弹齿式水田株间除草部件。建立除草弹齿作业时的运动轨迹模型,分析株间避苗除草机理,进行株间除草部件关键部件设计。设计离散元仿真试验,研究除草弹齿作业过程中的受力变化和土壤扰动情况。进行田间除草试验来验证所设计株间除草装置的工作性能。仿真试验表明:前进速度增加,弹齿阻力矩和土壤扰动增加,伤苗几率增大。田间试验表明:当机具前进速度为0.30 m/s,除草深度为40 mm时,除草率为85.0%,伤苗率为3.4%,除草部件的作业效果最佳。本研究设计的株间除草部件满足水田株间除草作业要求。（4）水田机械除草装置自行走系统设计与试验研究研制了一款水田机械除草装置自行走系统。介绍自行走系统整体结构和工作原理。理论分析影响自行走系统路面通过性的影响因素,建立轮壤互作模型和车轮沉陷模型。以车轮牵引力和地表平整度为试验评价指标,进行单轮土槽仿真试验。设计样机田间试验,测试除草装置自行走系统转向性能、稳定性以及越埂能力。仿真试验表明,在轮壤互作过程中,车轮所受牵引力为600 N左右,地表平整度小于30 mm。田间试验表明,除草装置最小转弯半径为2050mm,极限翻倾角为36°,最大越埂高度400 mm,除草装置在路面行驶挡位的速度范围为0.72～16.20 km/h,在除草作业挡位的速度范围为0.72～5.40 km/h。本研究设计的水田机械除草装置自行走系统满足水田除草作业要求。