为预测和评估免耕播种机触土部件的作业性能，有必要建立机具-土壤耦合系统的互作模型。传统模型将散落土表的秸秆视为刚体，无法模拟真实条件下秸秆的破裂与变形，导致模型的预测精度下降。为克服上述模型不足，该研究建立一种柔性秸秆模型，构建刀具-秸秆-土壤耦合系统的离散元模型，并通过土槽试验进行模型验证。同时，为解决标准旋耕刀片的缠绕和壅堵问题，提出一种梯形直刀结构，对比分析了旋耕作业工况下标准刀和梯形直刀作用后秸秆位移、刀轴扭矩、刀具碎茬与埋茬性能。仿真结果表明，梯形直刀的碎茬和秸秆掩埋性能均优于标准刀，标准刀和梯形直刀作业后开沟截面形状分别为梯形和三角形，刀轴扭矩呈现三角形冲击峰的形式，梯形直刀的刀轴扭矩大于标准刀情形，而标准刀的碎土性能优于梯形直刀。在此基础上，以弯折角、侧面角以及刀片高度为设计变量，采用响应面法构建旋耕扭矩和碎土率的回归方程。基于NSGA-II算法对梯形直刀结构进行优化，最佳的结构参数为：弯折角150°、侧面角60°、刀片高度88 mm。田间试验结果表明，优化后刀轴的平均扭矩较优化前减少11.70%，峰值扭矩减少6.28%，碎土率从82.53%提高至89.22%。