反转旋耕相较于正转旋耕其旋转方式与旋耕机车轮前进的转向相反,反转旋耕具有碎土性能强、抛土量大、埋茬效果好等特点,但其旋耕阻力比正转大,油耗高,不易被用户接受,旋耕刀排列方式也是功耗的主要因素,因此对旋耕刀排列方式进行优化是有必要的。本文以国标旋耕刀IT245及一种优化后旋耕刀(IT245P)排列方式为研究对象,以机组平衡性与功率消耗为指标,降低旋耕刀旋耕作业刀轴对轴承的受力为目标,通过对其进行设计方法研究和其运动分析,利用ADAMS软件对旋耕刀模型进行动力学仿真,在反转情况下对刀具排列方式进行均匀实验设计,得出刀轴对轴承作用力最小时的试验组合参数,并在离散元软件EDEM中进行离散元数值模拟仿真验证功耗及作业性能。主要做了以下几方面的工作:(1)对旋耕刀反转的运动方式及受力分析,不同旋耕速比刀具切削效果不同,建立IT245与优化后IT245P反转旋耕刀的三维模型,利用有限元软件ABAQUS对IT245与IT245P旋耕刀功耗仿真对比。(2)利用动力学分析软件ADAMS对IT245P旋耕刀进行反转仿真分析,以机组平衡性为标准,刀轴对轴承的最小作用力为目标,选取两种常见排列方式30-140-200(旋耕刀安装相位角30°、旋耕刀间距140mm、刀轴转速200r/min)和45-160-200分析作用力的不同从而继续对目标值进行优化,通过旋耕刀安装相位角、旋耕刀间距及刀轴转速三个因素设计均匀试验,利用二次多项式进行逐步回归方法对数值进行处理,分析各参数与刀轴对轴承作用力的关系,得到最小作用力时最优排列的参数组合为50-155-200,即旋耕刀安装相位角为50°、旋耕刀间距为155mm、刀轴转速为200r/min,50-155-200排列方式相较于优化前作用力降低了60%左右。(3)对自然界土壤结构及性质进行分析,结合淮河流域土壤的特性,选取适用于离散元仿真的Hertz-Mindlin with JKR粘结模型。(4)基于离散元法Hertz-Mindin粘结模型,在EDEM中建立标记浅层、中层和深层的土壤来研究颗粒与旋耕部件间的相互作用规律,并在旋耕刀与挡土罩之间设置质量计算域。对三种排列方式进行旋耕作业分析,对比于优化后的排列方式,旋耕部件整体受力降低,功耗平均降低13%左右。对IT245及IT245P应用50-155的排列方式进行试验对比,分析其抛土性能、碎土性能及埋茬能力。对计算域计算颗粒质量得出优化后旋耕刀的抛土性能比优化前提高了11.85%;通过颗粒之间的粘结键判断碎土性能优化后刀具在仿真时间内的碎土率提高了9.5%;通过计算旋耕后土壤与秸秆的位置,优化后旋耕刀反转作业时埋茬能力相较于优化前提高了11.26%。