贵州主要为喀斯特地貌,具有的耕地面积较少。该地区主要种植的经济作物有烤烟、油菜等,由于贵州地区的土地资源匮乏以及部分地区整地不当,导致农作物减产的现象时有发生。深耕作为提高农作物产量最直接有效、环保的方法,能保证作物更好的生长,但真正适于贵州丘陵山地的深耕机具仍走在研发的道路上,之前研制出的一些新机具少有得到农民认可。基于此种情况,研制出一款真正适用于类似贵州山区使用的深耕机对贵州山区乃至全国丘陵山地耕种行业的发展都具有重要的价值和实际意义。本文对贵州烟草、辣椒的耕种要求进行具体分析基础上,分析平原使用的大型粉垄机与丘陵山地使用的小型深耕机后,将高效能的液压与传统机械相结合设计出一种小型自走式螺旋深耕机。这款自走式螺旋深耕机后部带有垂直双轴对转的螺旋深耕刀具,由液压动力驱动,深耕机的行走装置为履带,由柴油机输出动力经减速箱减速后传递履带提供行走动力。工作时两深耕刀具进对转,刀具所在的机架向下运动,刀具旋转入土,待刀具完全入土后,自走式螺旋深耕机的行走装置开启进行深耕。论文中对自走式螺旋深耕机所进行的田间试验进行了详细的描述,还对深耕刀等主要部件进行了动力学仿真分析、静力学仿真分析、模态分析等等。本文的主要研究工作及成果如下:(1)自走式螺旋深耕机的整体设计,主要对整机结构和传动系统的设计及研究:具体包括柴油机功率的选取、液压系统及其机构的设计、刀头进给部分的设计及研究。构思机器结构的组成、工作原理和主要技术参数等;根据设计要求对样机的核心部分进行具体设计,如液压控制系统的工作要求以及螺旋深耕刀实现何种工作状况,再对各个部分基本结构受力情况进行了详细的计算与校核。最终根据各部分的设计与构思在Solidworks中绘制出三维模型,并对整个深耕各部件间的装配情况进行干涉检查,确认没有干涉后再对其进行运动算例,确保机器安装的合理性并模拟出机器的工作状态。(2)为了分析出螺旋深耕刀应当匹配的最佳转速与拨齿长度,运用EDEM离散元软件对不同情况下的螺旋深耕刀进行了分析。交代了具体的研究步骤、分析仿真所得数据与相关结果。主要针对螺旋深耕刀不同转速、不同拨齿长度对刀具整体的受力分析,得出螺旋深耕刀在不同情况下轴向所受合力与扭矩、径向所受合力与扭矩以及对应的功率消耗、观察土壤颗粒流型、计算深耕效率和分析深耕质量等,由此得出螺旋深耕刀应当匹配的最佳转速与拨齿长度的具体数值。(3)为了分析得到深耕刀的刚度是否可以承受相应的变形,对自走式螺旋深耕机的螺旋深耕装置进行受力分析。将深耕刀具的几何模型导入有限元分析软件ANSYS Workbench中,通过耦合仿真将EDEM仿真的对应数据导入静力学分析软件,再通过对深耕刀模型的网格划分、施加约束、加载求解得出了螺旋深耕刀静力学分析结果,得到了螺旋深耕刀的应力和应变分布图,从云图中我们了解其变形情况,找出了螺旋深耕刀的应力集中处,通过分析得到深耕刀的刚度可以承受相应的变形,深耕刀强度要求满足设计条件。(4)为得到深耕刀及后部机架易产生共振的频率数值,有效的避免共振情况的产生,对螺旋深耕刀与后部机架的模态分析。得到螺旋深耕刀前6阶模态的平均振幅与螺旋深耕机后部支架模态振型的平均振幅。通过比较平均振幅的大小发现螺旋深耕刀更不易被破坏,一定振幅下还能避免刀具上沾有大量泥土,使深耕刀在深耕作业中有更好的深耕效果。对于后部机架的模态分析发现:虽然前期考虑到增强导杆强度及后部支架钢板的厚度,但后部支架仍为薄弱部位,有待于进一步的优化,模态分析结果也为深耕装置的改进提供了充足的理论依据。(5)为了测试样机的实际工作性能,对第一代自走式螺旋深耕机的田间试验;自走式螺旋深耕机为恒功率调速系统,试验表明在遇到超黏性土壤时可根据实际情况降低深耕刀转速,输出大扭矩来克服超黏性土壤带来的阻力,虽然速率会在一定程度上降低,但可以保证深质量包括耕深、碎土率、耕宽等。自走式螺旋深耕机耕深可达30cm,幅宽可达50cm,在很大程度上超出同输出功率下发动机所驱动的深耕设备;履带装置的设计使得该机器具有较强的爬坡越野能力,满足贵州山区复杂地形条件下的生产作业;且自走式螺旋深耕机所使用的液压系统功率损耗远远小于多级传动下其它功能类似机具的机械损耗。