针对犁铲在耕作过程中的情况,利用离散元软件对犁铲与土壤接触过程中犁铲的主要受力部位和土壤受力趋势进行模拟,通过模拟,证明离散元软件模拟与犁铲实际工作受力趋势相一致。讨论了离散元对土壤动力学分析和仿真的可行性和科学性,更新了土壤模拟的方法。分步骤的研究了改善犁铲的方法,提出了优化后犁铲和仿生堆焊犁铲两种工艺方法,系统的研究了犁铲的失效问题和犁铲与土壤相互作用的磨损规律。使用软件、实验室试验和田间试验相结合研究方法,对比了普通犁铲和改善后的犁铲磨损情况、使用寿命、制造价格等方面。主要结论如下:提出采用离散元法对土壤动力学问题进行模拟的新思路,分析如何建立复杂结构模型和建立边界问题,利用离散元软件对犁铲在土壤中工作模拟,与试验结论相符合,证明该软件的可行性,为以后研究提出了新方法。借助正交试验方法,分析了在相同工作状况情况下,耕作深度和耕作速度对阻力的影响,主次顺序为:耕作深度、耕作速度。在耕作过程中,控制耕作深度是提高耕作效率和节省投入的重要环节。根据离散元软件分析结果,使用Pro/E对犁铲进行建模,通过ANSYS软件对优化后犁铲受力分析。从分析结果来看出,优化后犁铲较好的解决了铲尖处的应力集中问题,深松铲最大变形与最大应力均在许用变形和许用应力范围内。同时试验结果表明,优化后犁铲使用寿命较普通犁铲提高了1.3倍。提出了使用CO2气保-喷射送粉复合堆焊新工艺,实现了对犁铲表面仿生堆焊。结果表明,仿生堆焊犁铲的使用寿命提高了1.87倍,耐磨性提高了2.07倍。通过研究得出犁铲的磨损机理,改进后的两种犁铲使用寿命和耐磨性均有显著提高,相比普通犁铲提高了1-2倍,并在经济方面进行了细致深入的分析对比,虽然两种犁铲都在使用性能上和使用寿命上得到提高,但仿生堆焊犁铲和优化后犁铲的经济效益分别为0.51元/时、0.36元/时。为深松犁铲在构型、材料工艺上近一步研究提供了理论、科学依据与参考。