在全球气候变化和环境问题日益严峻的背景下，各国政府将节能减排和新能源开发利用作为重要战略。据国际能源署报告显示，2023 年全球二氧化碳排放量较 2022 年增长了约 2.1%，加剧了温室效应和气候变化。在此背景下，寻找和利用可再生能源及资源迫在眉睫。

玉米作为我国主要粮食作物之一，种植面积广泛。据《中国农业统计年鉴》，我国玉米种植面积常年稳定在 6 亿亩左右，由此产生的玉米根茬年产量高达 0.6 亿吨。若以每吨标准煤的发热量为 7000 千卡计算，0.4 亿吨标准煤所蕴含的能量相当于 2800 亿千卡。这充分显示了玉米根茬作为潜在能源的巨大价值，对缓解我国能源紧张、降低对化石能源的依赖具有显著作用。然而，当前我国约 80% 的玉米根茬采用根茬还田方式处理，仅有不足20%的根茬得到其他方式利用。据农业农村部调研数据，约60%的农户反映根茬还田后会导致下茬作物出苗率降10% - 15%。

本研究基于玉米根茬挖掘机理，设计出一种创新的拖拉机后置玉米根茬回收装置。该装置系统包括旋转刀辊筛土刨根机构、传送带根茬筛土机构、旋转螺旋滚筒刷净土机构以及尾部接根茬粉碎机构。通过协同作用，实现玉米根茬的高效挖掘回收。其中，旋转螺旋滚筒刷转速可达 200 转/分钟，能使根茬纯净度达到95%以上。创新的镰刀型旋耕刀辊采用达乌尔黄鼠前足中指仿生设计理念。与传统旋耕刀辊相比，掘土耕地效率提高了 30%。经有限元分析，旋耕刀最大应力为 142.6 MPa，最大变形为 0.5135 mm，相比市面同种材料应力值降低了 25%。随着农业机械化的不断发展，市场对高效、环保的农业机械装备需求日益增长。据行业研究机构数据，近年来我国农业机械市场规模以每年约 10% 的速度增长，预计到 2025 年市场规模将达到 5000 亿元。

其中，根茬回收设备作为农业机械领域的一个细分市场，目前市场占有率较低，但增长潜力巨大，预计未来 5 年的年增长率将超过 20%。我国共有约200万个农业种植大户和农业合作社。随着对农业可持续发展和节能减排的重视不断提高，预计到 2030 年，该装置的市场普及率将达到 40% 左右，市场需求量将超过80万台。若广泛应用，预计可创造直接经济效益5亿元以上，间接经济效益10亿元以上，具有广阔的市场前景和重要的经济社会价值。本玉米根茬去土回收装置通过创新设计，实现了根土分离的高效率化和能源价值的最大化利用，推动了农业生产方式的转变和农业现代化进程，对促进农业可持续发展具有重要意义。