长期翻耕、旋耕作业与农机具反复进地加剧我国农田耕地耕作层变浅、犁底层加厚的问题,导致我国粮食安全、农产品供给问题愈发严重。研究表明深松作业可以有效打破犁底层,使大田土壤达到“虚实结合”的状态,粮食作物增产5.9-26.9%,深松整地技术得到国家政府的大力推广。但深松整地作业存在作业阻力大、机具磨损严重、作业能耗高等问题。针对深松作业存在的这些问题,国内外研究学者通过仿生、振动、表面涂层等技术手段对深松减阻进行研究,并取得了较好的研究成果。但现阶段深松作业阻力大、机具易磨损的问题仍阻碍着深松技术的推广、发展与普及。本文针对现阶段深松作业过程中存在的问题,以“十三五”国家重点研发计划项目(机艺融合的节能深松技术与装备开发)子课题(主动润滑减阻深松机理研究及装备开发2017YFD0701103-3)与山东省重点研发计划项目(智能化气润滑减阻深松与气助分层深施肥一体机研制2018GNC112017)为依托,以曲面深松铲为研究对象,结合农艺需求,创新一种液体润滑减阻深松作业模式,借助EDEM软件对曲面深松铲在作业过程与土壤的接触状态进行了研究,得到曲面深松铲作业阻力的主要来源及与土壤的主要接触面,对主要零部件进行选型,研制液体润滑减阻式曲面深松铲,并进行大田作业阻力对比试验,结果表明液体润滑减阻式曲面深松铲具有良好的减阻效果。本文具体研究主要包括以下4部分。(1)液体润滑减阻深松作业模式的分析通过对深松减阻与液体润滑减阻研究现状的调研分析,结合农艺需求创新一种液体润滑减阻深松作业模式,设计加工试验样件,在不同含水率、紧实度的土壤中进行验证试验,减阻效果在9-26%间,验证该作业模式的可行性。(2)曲面深松铲润滑面的选择基于三维扫描系统建立曲面深松铲几何模型,结合已测土壤参数与相关文献,建立曲面深松铲作业过程的离散元模型,对仿真结果进行分析,得到作业过程中曲面深松铲阻力主要来源面与和土壤的接触面,与磨损的曲面深松铲进行对比,验证仿真结果。(3)液体润滑减阻深松铲的研制结合曲面深松铲结构性能及作业环境要求,以离散元仿真结果为依据,将鲨鱼皮盾鳞菱形排列特征与盾鳞肋条尺寸特征应用于曲面深松铲润滑减阻设计中,加工润滑减阻曲面深松铲;结合曲面深松铲作业过程中与土壤的交互状态,对液体润滑输液管道进行了布局设计;并对液体润滑减阻系统及作业参数测试系统的各零部件进行了选型、加工与组装。(4)大田作业阻力对比试验与分析在济宁市兖州区分别进行了0.4 m/s、0.8 m/s与1.4 m/s三种作业速度下润滑减阻深松铲与普通深松铲的作业阻力对比试验。结果表明润滑减阻深松铲在多种作业速度下均具有较好的减阻效果,其中在0.4 m/s作业速度下减阻效果达到13.18%,在0.8 m/s作业速度下减阻效果为10.29%、1.4m/s作业速度下减阻效果为6.50%;建立润滑介质流量在12 L/min工况下三种作业速度的平均阻力回归模型并进行显著性检验,表明作业速度与润滑介质流量对耕作阻力均有显著影响。