土地耕作对农业生产有着重要的作用,犁体作为翻耕作业的核心部件,其结构性能的好坏直接影响作业质量以及能量消耗的大小。铧式犁也一直朝着高速作业的方向发展,当拖拉机在8km/h~10km/h的速度条件下作业,既能发挥拖拉机燃油的经济性效益,又能达到良好的作业质量,但犁体耕作阻力大,能耗高也是一直以来所存在的问题。为此,本文为优化犁体结构,减小耕作阻力,借助于离散元法和田间试验展开对犁体作业过程的研究,具体研究内容与结论如下所示:(1)分析犁体的工作原理,确定高速犁体结构参数,建立犁体数学模型,并通过Solidworks三维软件建立高速犁体模型。(2)建立离散元犁体—土壤模型。通过对田间土壤参数进行标定和测量以及参考相关文献,确定土壤相关参数,并结合土壤结构情况,建立三层离散元土壤模型,分别为耕作层、犁底层和心土层。将犁体模型导入EDEM软件中,设置相关土壤的参数,建立犁体—土壤模型,完成仿真模型的建立。(3)离散元仿真试验。仿真试验以犁铧安装角、推土角、导曲线两端点切线夹角等犁体结构参数为试验因素,水平阻力和垂直阻力为试验指标,进行三因素三水平的正交组合试验。结果分析表明,不同因素对水平阻力的影响显著性大小顺序依次为:导曲线两端点切线夹角、犁铧安装角、推土角;不同因素对垂直阻力的影响显著性大小顺序依次为:导曲线两端点切线夹角、推土角、犁铧安装角。(4)优化结果。最佳结构参数组合:犁铧安装角为27.76°、推土角为39.3°、导曲线两端点切线夹角为108.42°时,水平阻力为8406.96N,垂直阻力为3370.49N,水平阻力大于垂直阻力。以最优结构参数组合建立新的犁体模型,进行工作参数对耕作阻力的试验研究,速度的影响显著性要大于耕深,在耕深一定条件下,水平阻力随速度的增大而增大,当耕深处于较低水平时,垂直阻力随速度的增加先减小后增大,当处于较高水平时垂直阻力随速度的增大而增大。(5)田间试验与仿真试验对比分析。在水平方向上,高速犁所受的合力和工作阻力随着速度的增加而增加,当耕深255mm、作业速度8km/h时最小;在垂直方向上,当耕深在255mm至280mm时,高速犁所受的合力与工作阻力随着速度的增加先减小后增大,在耕深为305mm时,垂直阻力随着速度的增大而增大;在耕深为280mm、作业速度9km/h条件下效果最佳。在耕深一定的条件下,仿真试验中高速犁水平阻力和垂直阻力随速度的变化趋势与田间试验中的变化趋势是相一致的。研究结果表明,采用离散元法进行高速犁工作阻力模拟仿真分析是可靠的,并且最佳的工作参数组合为耕深280mm、耕速9km/h。