我国是一个农业大国,长期以来农业的耕作模式都是传统的耕作模式,这就导致了耕地表层的土壤结构及土壤内部营养成分不断恶化,再加之化肥、农药的使用,对土壤造成了严重污染,致使农作物的生存环境遭到破坏,抑制了作物产量的增长,造成了“增肥不增产”的现象。因此,对土壤进行深松,改善土壤内部结构,增强土壤自恢复能力,显得尤为重要。通过对国内外深松机具的发展与研究现状进行分析,发现现存的深松机具绝大部分为侧弯刀式、犁式和铲式深松机具,其深松作业型式为不破坏土壤结构,仅将土壤犁底层进行破坏,增强土壤的提水保墒能力。目前南方的林地、山地等区域的深松作业要求为在不小于20厘米的深度范围进行较为细化的土壤破碎,故而现存的深松机具不满足这一作业需求,而现有的卧式旋耕机的耕土深度小于10厘米,因此,需要设计一种能够满足南方山地、林地等区域的深松作业机具。针对这一需求,在作业对象物理特性的研究基础上设计出了一种深松作业机具。本文以设计出的深松作业机具为研究对象,研究内容及结论如下:(1)以南方地区山地、林地、草地三种作业环境的土壤为作业对象,分别测定作业对象的容重、含水率和硬度,找出了作业对象的物理特性及其变化规律;(2)依据测得的土壤物理特性,对深松机具关键功能部件进行结构设计,介绍了深松机具的结构组成和工作原理,对深松刀具和平土机构进行了参数计算和机构分析,得到了深松机具的作业参数;(3)对深松刀具进行了运动学分析,得出了刀具的运动学方程,找出了深松刀具的作业条件;通过综合分析不同旋速比对深松效果、刀片受力和土壤切削功耗的影响分析,确定了刀具作业的最优旋速比为λ=12,并得到了深松刀具单个刀片在单个切削周期内的受力曲线;(4)建立了深松刀具的线性静力学分析有限元模型,通过求解有限元模型,发现最大应力和最小安全系数出现在螺旋扫叶顶部与深松刀轴的焊接处,最大应力为31.756MPa,最小安全系数为7.8725,最大变形发生在深松刀具刀头处,为0.061655mm;对深松刀具进行了疲劳特性分析,发现深松刀具的危险区域位于螺旋扫叶顶端与深松刀轴的焊接处,在3倍以内的正常工作载下进行深松作业时,刀具可达到设计寿命5e6个循环,无裂纹产生,刀具的最小安全系数大于1,刀具可靠性较高,随着超载情况的加重,刀具寿命急速下降,刀具疲劳损伤程度逐渐加大,疲劳安全系数小于1,刀具可靠性降低;进行了深松机具机架模态分析,找出了机架的前六阶固有频率,并得到了相应的振型;(5)开展了土壤深松机具可行性验证试验,发现深松机具能够平稳运行,对不同地形具有自动调节松土深度能力,能够满足正常深松作业的需求;进行了深松机具的性能验证试验,发现深松机具的松土深度可以达到200mm以上,符合土壤深松需求和深松机具的设计要求;在牵引机具以同一档位速度进行深松作业时,在前进方向通过随机抽样方式抽取样本并统计未破碎土块占比进而评价刀具深松效果,发现林地基本无未破碎的较大土块,其次为草地,山地的未破碎土块占比最大;进行了深松机具工作效率验证试验并对试验结果进行综合评分,找出了深松机具在不同作业环境下的最大可行作业效率,分别为:林地1758m2/h,草地1758m2/h,山地1080m2/h。