振动式旋耕机作为一种新型机具,可有效的降低旋耕开沟的能耗,其关键部件为振动产生装置。本文提出了一种旋耕刀片自激振动产生装置和方法,以回转半径和安装间距为约束条件,考虑各自由度行程,设计几何拓扑结构,实现三个自由度方向的运动。通过受力分析确定相关刚度连接位置,基于ANSYS Workbench对关键零部件进行静力分析,确保所设计几何拓扑尺寸尽可能小的条件下强度能满足要求。通过分析各个自由度方向的动力学方程,根据旋耕刀片工作过程中各方向平均受力幅值确定自激振动装置各自由度方向合适的拓扑连接刚度范围。通过建立装置的虚拟样机模型,进行模态分析,得到系统各阶次固有频率。根据实际工况选择合适的刀型,通过建立旋耕刀片正转和反转的刀尖轨迹运动方程,分析了切土节距和行进速度以及刀轴转速的关系,分析了采用反转旋耕方式降低旋耕能耗、提高耕作质量的原理。分析了自激振动式旋耕机和无自激振动式旋耕机的刀尖运动轨迹的不同之处,总结了振动旋耕对降低功耗提高耕作质量的有益效果。对比分析了振动加速度时域积分和频域积分的方法,通过对刀片振动加速度的积分得到振动幅值,为试验研究振动减阻机理提供依据。基于所设计的样机进行土槽试验,结果表明自激振动旋耕刀转速在220~440(r/min)范围内,旋耕机平均输入扭矩较无自激振动旋耕机大幅度降低,最高可达19.3%。但旋耕刀转速在低速(180 r/min)和高速(500 r/min)的工况下,自激振动旋耕方式与无自激振动旋耕方式相比平均输入扭矩较高。因此,在合适的转速范围内,利用振动式旋耕刀有助于减小耕作能耗。对刀片进行了自由振动分析得到其Y向振动固有频率,与仿真结果相近。对刀片振动数据的分析表明,随着转速的逐步提高,刀片逐渐达到共振,振动幅值增加,输入扭矩降低,但随着转速的进一步提高,抛土过程消耗了大量的能量,造成输入扭矩增加。因此适当的装置固有频率,可使其在低速范围内达到共振,在较大转速范围内达到减阻降耗的效果。