旋耕刀作为旋耕机的关键部件,在工作过程中极易发生冲击磨损、断裂等失效,而对旋耕刀试件进行冲击磨损试验,是评价其在土壤冲击作用力下耐磨性能的重要手段。为此,设计了一款冲击磨损试验装置,该装置可模拟田间工况,分析评价旋耕刀的冲击磨损性能。通过仿真模拟、理论分析、样机设计、田间试验等方法对旋耕刀冲击磨损试验装置进行了设计试验。对典型沙壤土的含水率、颗粒密度、抗剪切强度等物理参数进行了测定。采用离散元法建立了旋耕刀-土壤互作仿真模型,并通过扭矩试验验证了仿真模型的可靠性。旋耕刀离散元仿真分析表明,最大受力位置为沿折弯线向正切面方向延伸1～3 cm处,旋耕刀所受最大冲击作用力发生在最大耕深处,且刀轴转速或耕作深度增大,旋耕刀所受冲击作用力增大。利用EDEMAddin插件将颗粒与旋耕刀受到的作用力导出至Workbench中,仿真结果表明,刀具总变形最大处发生在距固定约束最远端,最小变形位于刀柄位置;应力最大处发生在刀颈位置附近,并产生较大应力集中,应力最小位于正切刃位置。基于应力集中分布规律,确定了应变片粘贴位置;采用DH5908无线动态应变采集器以及万能试验机,对粘贴在旋耕刀上的应变片进行标定试验,确定了力-应变关系曲线。田间旋耕刀冲击作用力测试试验表明,旋耕刀冲击作用力随转速、耕深的增加而显著增大,随前进速度增加冲击作用力增加缓慢,仿真结果同试验结果数值误差在10%以内。以所受最大冲击作用力为基础,采用Solidworks软件对旋耕刀冲击磨损试验装置整机及关键部件进行三维建模设计和虚拟装配,设计该装置转速可调节范围为0～300 r/min,冲击角度的调节范围为0～180°,被冲击试件的可调节距离为0～200 mm。采用ANSYS软件对旋耕刀冲击磨损试验装置的主轴进行模态分析,结果表明,主轴的一阶模态固有频率达到f1=103.38 Hz,对应的转速大小为n1=6228 r/min,满足设计要求。以转速、冲击作用力和磨损率为评价指标,对旋耕刀冲击磨损试验装置的工作性能进行验证分析。使用霍尔传感器在220、265、312 N最大冲击作用力试验条件下进行转速测试,使用冲击力传感器在150、200、250 r/min转速试验条件下进行冲击作用力测试,测量旋耕刀试件在250 r/min下,冲击磨损5 h后的磨损率。结果表明,试验装置的转速波动率为2.0%～3.0%之间;旋耕刀试件的最大冲击作用力波动率为17.8%;旋耕刀试件的磨损率为0.12%～0.24%。试验装置转速、冲击作用力、磨损率波动范围较小、性能稳定。