随着我国城镇化加快,在满足绿色种植蔬果的田园乐趣的同时,又能生产出绿色、健康无公害的食品的都市微农业得到了快速的发展。为降低都市微农业作业者的劳动强度、提升工作效率,迫切需要开发出适用于都市微农业的耕整机械。为此,本文研制了一款适用于都市微农业松土需求的立式微耕机,并对其进行了相关的理论与试验研究。（1）根据都市微农业的作业特点,提出了一种采用三轴运动行架作为操纵机构的新型自适应可变耕幅电动立式微耕机。进行了该微耕机的总体设计、并完成了操纵机构、自适应可变耕幅刀头、驱动电机及减速器、电机控制器等部件的设计和选型。（2）通过利用粒子的动力学理论与经验公式对微耕机的立式螺旋耕刀的线型进行了设计,推导出了立式螺旋耕刀的线型方程;从微观粒子学上,对瞬态与稳态的土壤粒子进行了分析,得出了运动轨迹方程与切削功耗公式,明确了影响功耗的主要因素为前进速度、旋转速度、耕刀的结构参数。（3）结合都市微农业土壤特征,利用SPH算法建立了土壤本构模型,搭建了立式螺旋耕刀切削土壤的过程仿真模型,利用模型分析了耕刀在切削过程中受到的土壤阻力以及功耗的变化,并采用经验公式计算及土槽试验对仿真结果进行了验证。结果表明:（1）耕刀的切削阻力呈现出类似正弦曲线的周期性变化规律,当刀头前进速度在0.1m/s、转速为150r/min时,其最大值为550N,最小值为200N;（2）在土壤模型中取了三个深度的粒子进行运动分析,土壤粒子的速度、加速度、位移曲线表明了耕刀在作业过程中具有较好松土效果。（3）获取了耕幅稳定后单侧刀架上耕刀平均切削功耗为487.78W,与经验公式计算及土槽验证试验相比,相对误差分别为0.86%和6.0%,验证了仿真分析的可行性。（4）以立式螺旋耕刀的前进速度、刀盘转速及耕刀的结构参数作为因素,以单位耕幅下的切削功耗作为试验指标进行了三因素三水平虚拟试验,根据试验结果建立了因素与指标之间的一次回归方程,搭建了耕刀切削过程以最小功耗为目标的优化模型,计算结果表明:当刀头前进速度为0.10m/s,转速为16.2571rad/s,耕刀螺旋圈数为2.75时,单位耕幅的最小功耗为1.8828W/mm。（5）搭建了微耕机整机土槽试验台并进行了试验。试验结果表明:（1）当刀头转速为190r/min时,刀架对菜盆壁面最大碰撞应力为154.7MPa,满足塑料的最大抗拉强度,为进一步减少刀架碰产生的碰撞力,在刀架上贴上缓冲片可将碰撞应力降低107.1MPa;（2）微耕机对两种类型的土壤碎土率均大于60%以上,均达到国家标准要求,且营养土的碎土效果更好;（3）仿真优化验证试验,验证了实验与仿真优化的一致;（4）微耕机能自动调节耕幅以适应各种不同尺寸的菜盆松土需求。