耕地是农业生产田间作业中最基本的作业,也是田间机械化作业中消耗能量最大的作业项目。目前常用的翻耕机具主要有铧式犁和圆盘犁等。铧式犁是农业生产中应用最广泛的耕地机械,大多数铧式犁只能单方向翻垡,翻垡后会形成一条闭垄,而双向犁的出现则可以解决无开闭垄的问题。翻转机构作为翻转式双向犁的核心部件,目前还存在可靠性差、工作位置不稳定、存在奇异位形等问题。本文针对上述问题设计出一种新型运动冗余翻转机构,并对其进行运动学和动力学进行分析。翻转机构是翻转式双向犁的核心工作部件,翻转过程中如何避免或越过奇异位置是此类机构设计和应用时必须要解决的问题。在普通型翻转机构的基础上,根据机构学理论,将冗余自由度引入双向犁翻转机构的设计中,得到一种新型2自由度无奇异运动冗余翻转机构。首先,通过建立机构的位置和速度约束方程,得到机构的输入、输出雅可比矩阵,以输入、输出雅可比矩阵的行列式不等于零为判定条件,推导出当犁架实现无奇异往复翻转运动时,机构应满足的几何约束条件。其次,基于力传递矩阵和速度雅可比矩阵,对机构的力传递性能、刚度性能和承载力性能进行分析,总结机构设计参数对各项性能指标的影响规律,得到了机构综合性能优选时的参数设置范围。所得结论可为新型特别是重型双向犁翻转犁的研发提供设计思路和理论依据。在运动学分析的基础上,对各构件进行受力分析,建立理想动力学模型。其次,在理想动力学模型基础上建立计及关节摩擦的动力学模型。最后,通过MATLAB数值计算软件对摩擦力以及动力学模型进行数值计算,应用Solid Works软件搭建无奇异运动冗余翻转机构的虚拟样机并进行虚拟仿真,将虚拟仿真结果与数值计算结果进行对比,验证所建模型的正确性。为了验证本文提出的无奇异双向犁翻转机构设计方案的正确性、理论分析结果的有效性,在上述翻转机构优化的基础上,通过建立无奇异双向犁零部件的三维模型,绘制二维工程图纸,进行无奇异双向犁翻转机构整机制造,并采用电液比例开环系统对液压缸进行控制,输出实验结果并与理论值进行对比分析,结果表明理论值和试验值之间存在一定误差,但均保持在15%范围以内,较好的验证了翻转机构设计方案和液压控制系统设计方案的有效性。