茶园耕作机械是在农田耕作机械基础上发展起来的专用于茶园中耕、除草、施肥等作业的一种机械。目前，茶园中耕所使用的机具主要有曲柄锄齿挖掘式、水平横轴旋耕式和立轴旋耕式三种机具，而刀具是机具的主要工作部件，所以对曲柄锄齿挖掘式、水平横轴旋耕式和立轴旋耕式刀具切削土壤的功率消耗是研究的重点。本文根据这三种机具的工作方式，研制了一款可以安装这三种机具的通用试验台，并采用有限元法以及试验台开展了曲柄锄齿挖掘式、水平横轴旋耕式和立轴旋耕式三种刀具的土壤切削试验，并在此基础上开展了不同茶园土壤、耕作速度条件下三种刀具的功耗比较，为茶园耕作方式的优选提供了依据。论文的主要研究工作如下:　　1.试验台的设计以及刀具切削土壤的土槽试验及分析。设计了一套包括机械系统、测试系统等部分的土槽通用试验装置，该装置的机械部分能够较好的与曲柄锄齿挖掘式、水平横轴旋耕式和立轴旋耕式三种机具连接使用。对土槽土壤进行处理，并测试出土壤的含水率、密度、坚实度等物理特性。以切削功耗为指标，使用该试验装置对三种刀具进行了关于前进速度、耕深、转速的单因素试验以及正交试验，对试验结果进行极差与方差分析，得出影响耕作作业功耗的主次因数顺序为:耕深＞转速＞前进速度。就曲柄锄齿挖掘式、水平横轴旋耕式和立轴旋耕式三种机具在相同试验条件进行了碎土率试验，得出碎土率分别为67.58％、87.43％、78.18％。　　2.耕作刀具工作过程有限元仿真及结果分析。采用修正的Drucker-Prager模型为本文的土壤理论模型，建立了曲柄锄齿挖掘式、水平横轴旋耕式、立轴旋耕式刀具以及土壤的有限元模型，并利用ANSYS/LS-DYNA对这三种刀具切削土壤的过程进行了有限元仿真，分析了土壤等效应力出现的位置，并通过跟踪土壤单元的速度、加速度、位移情况来分析土壤切削过程，与刀具切削土壤的实际情况基本吻合。模拟刀具在前进速度为0.15m/s，耕深为0.1m，刀具旋转速度为300r/min条件下的土壤切削试验，分别得出曲柄锄齿挖掘式、水平横轴旋耕式和立轴旋耕式刀具的土槽试验功耗与数值模拟计算所得到的功耗的误差为8.83％、7.6％、7.2％的结论，因此利用数值模拟的方法来研究这三种刀具的土壤切削问题是合理可行的。　　3.不同土壤条件下三种刀具的功耗比较。利用单轴压缩试验来测定土槽土样、丹阳茶场土样以及无锡茶叶研究所所属茶园土样的极限破坏应力，为模拟不同土壤条件下土壤切削试验提供依据。在验证模型正确性的情况下，以功率消耗为指标，模拟不同土壤条件以及前进速度条件下的曲柄锄齿挖掘式、水平横轴旋耕式和立轴旋耕式刀具切削土壤的过程，得出:同一种刀具随着土壤坚实度的增加，刀具切削土壤所用的功耗增大。以耕作效率为指标得出选择优选方案为:当前进速度为0.5m/s时，在这三种土壤条件下选择立轴式刀具进行耕作作业效率最高;当前进速度为1.0m/s时，除了在土槽土壤中使用立轴式刀具效率高以外，在另外两种类型土壤中使用水平横轴旋耕式刀具耕作效率最高;当前进速度为1.5m/s时，水平横轴旋耕式刀具在这三种类型的土壤中耕作效率最高。而曲柄锄齿挖掘式刀具无论在能耗、作业效率还是碎土率等方面均不占优势。