耕作是农业文明的象征,也是耗能最多的田间作业。不断改进耕作机具和关键部件以利于精耕细作和节省能耗,历来是农民和业界追求的目标。但由于中国南方山区丘陵地带特别是茶园土壤,目前受原始土质条件限制,其土壤耕作环境恶劣,劳动强度大,严重影响山区丘陵地带的农业发展,因此需要开发和研制具有切土扭矩小,耕深大,操作平稳的作业机械。为降低板结土壤深松机具的作业功耗,提出了反旋凿切与正旋深耕相结合的小型作业机的耕作机具的设想。针对板结土壤,本文采用有限元法着重分析了适合实际所需的正旋旋耕刀,研究的内容主要包括以下几个部分:1、结合机械土壤动力学和土壤耕作机械理论的知识,以及实际所需,设计出正旋旋耕刀,并分析正旋旋耕的运动过程。2、结合LS-DYNA的MAT147材料模型,建立了南方丘陵地带土壤的材料模型参数及土壤高速切削有限元数值仿真模型。采用ANSYS11.0/LS-DYNA软件,利用SPH法对正旋旋耕刀切削土壤过程进行了三维数值模拟。3、通过SPH法对正旋旋耕土壤过程进行了三维数值模拟,从而得出不同参数下旋耕刀具的受力情况及数据,结合反旋凿切的仿真数据,进行刀具的分析和匹配,并设计相应的相位角。利用SPH法对正旋旋耕土壤过程进行了三维数值模拟,从而得出不同参数下旋耕刀具的受力情况,结合反旋凿切的仿真数据,进行刀具的匹配并设计相应的相位角,使反旋凿切刀和正旋旋耕刀相互抵消各自的作用力,降低能耗,提高工作效率,从而开发出适合于在板结土壤上进行耕作的小型作业机。本研究方案所得数据和分析过程对于小型作业机的开发设计具有重要意义。