为解决对南方经济林深松时刀具阻力大的问题,在课题组研发的油茶林深松机基础上,开展深松刀设计及结构改进,并研究其阻力特性。由于深松刀是直接作用于土壤的部件,故林地深松刀具的设计显得尤为重要,且刀具运动参数和结构参数的取值都将直接影响深松阻力大小及深松作业效果的好坏。本文通过对林地深松刀具的参数确定、深松过程的阻力特性分析计算、深松过程的动力学仿真、拟合仿真数据开展刀具优化,最后实地试验验证仿真可靠及优化效果良好,研制一款适应于林地深松的刀具,满足经济林深松抚育的需求,主要研究内容如下:(1)根据经济林深松抚育园艺要求,确定深松刀具的运动参数和结构参数;针对刀具结构参数,分析验证运动参数中的旋转速度是否满足土粒升运的要求;构建深松过程中刀具阻力特性数学模型,分析影响深松阻力的主要因素。(2)基于SPH法开展林地深松刀具深松过程的动力学仿真,研究刀具在不同旋速比、切削角、刃角情况下的深松阻力,获取最佳运动参数与结构参数组合,并分析此参数组合下的深松阻力。(3)基于SPSS对3×3的9组仿真阻力数值进行方程拟合,分析方程及参数的显著性,通过分析深松过程的阻力特性,得到林地深松刀具各参数的约束条件,利用Matlab中的fmincon函数开展刀具的优化,并利用动力学验证优化结果;(4)开展深松阻力实地试验,分析实际情况下各因素对深松阻力的影响程度,验证基于SPH法的动力学仿真可靠性及优化效果的良好性,为仿真及优化提供数据支撑。研究结果表明,深松过程的动力学仿真及实地试验得出的3×3正交表都可得出当旋速比为4.39、切削角为30°、刃角为30°时,阻力数值最小,分别为1.17和1.11KN,且试验和仿真的数值误差在可接受的范围内,故仿真及后续的优化可靠。基于SPSS对9组仿真数值进行方程拟合,分析深松过程中各参数的约束,基于Matlab开展拟合方程在约束条件下的优化,优化后得到当旋速比为12.75,切削角为15°,刃角为20°时,林地深松刀具的深松阻力最小,为0.976KN,并通过LS-DYNA对优化后的刀具进行仿真验证,优化效果显著。最后开展实地试验,相同条件下3×3试验中与仿真值相对误差均在百分之十以下,优化前后阻力降低15.2%,故仿真及优化可靠,且优化效果明显。