③根據所建立的關係尋找最佳的部件設計參數，以求用最小的力和能量來加工土壤到所需要的狀態。
可惜，這種有理設計方法所要求建立的各種參數相互之間的數值關係，對於許多部件目前尚甚困難。僅就土壤狀態的評價而言，也還缺乏比較統一、完備的定量描述方法，而建立數值關係就更複雜些。因此，目前實際中采用的大多是經驗方法。然而設計方程對於經驗設計本身也具有指導作用。
耕作部件的設計還要考慮土壤的變化。具有良好性能的耕作部件應能在不同土壤狀態下進行耕作，並且得到良好的耕作質量和效率。
耕作部件的間距和排列是機具設計的一個重要方麵。當兩個工作部件互相靠近時，工作部件之間互相影響。這種相互作用不能用根據單個工作部件所推導的設計方程來表示，而需要進一步研究。
工作部件之間的相互作用可以影響移動耕作部件所需要的力。因此，如何使組合工作部件所需要的力降低，使相互作用的影響最佳化，就成為耕作機具設計的另一個主要課題。例如，配置圓盤式小前犁有時可以降低總的機具牽引阻力；有的情況下雙層犁的牽引阻力比普通犁牽引阻力要小25%-30%。
工作部件之間的相互作用還影響到所擾動的土壤量。
5.3.5耕作部件的形狀以及土-機相對位置的幾何關係
耕作部件及其裝配的幾何形狀在耕作中常發生變化，而這種變化的效果等同於形狀設計的改變。耕作中部件幾何形狀的改變表現於以下幾個方麵。
一、粘附土體導致部件幾何形狀的改變
耕作部件表麵附近的土壤，如果對表麵的粘附力大於內聚力，就會沿耕作部件滑移麵堆集而形成一個土體，其作用相當於部件的一個部分，土體的形成首先以土壤與土壤之間代替土壤與部件之間的摩擦阻力而也就相當於改變了部件的形狀和材料。
粘附在部件上的土體的外形和尺寸，主要取決於部件的形狀和運動方式以及沿土體周邊所產生的磨蝕作用。土體內的土有可能不時地部分或全部被替換，但土體同部件作為一個整體在土壤與土壤之間的摩擦係數P大於土壤與金屬的摩擦係數/時，將使部件的牽引阻力增加。此外，土壤粘附於部件上後，改變了部件的幾何形狀，增加了部件的尺寸，改變了被加工土壤的運動方向，影響最終作業質量。為了避免粘附土體的形成和土壤在耕作部件表麵上的粘附，部件的幾何參數如長度，寬度，深度和傾角以及部件的形狀必須小心地確定。
二、摩擦對部件幾何形狀的影響
耕作部件在土壤中移動時，金屬和土壤界麵上發生摩擦。摩擦容易造成部件的磨損。一般在部件表麵的磨損能夠拋光部件，促進脫土，減少土壤與金屬間的摩擦。然而部件刀刃部分的磨損卻將導致不良的結果，即引起耕作阻力的增加。
三、土機相對位置的幾何關係
不但耕作部件本身形狀影響耕作阻力，而且耕作部件與土壤在耕作中相對位置的幾何形狀也會由於接觸部位、前進方向和操作方式而改變，從而影響耕作阻力。改變土壤和部件相對位置的幾何關係，同樣可以達到改變土壤反作用力和作業質量的目的。
5.3.6部件運動的方式
在實際工作中，耕作部件形狀一經選定，通常不易變更，所以，為了發揮其最佳性能，就隻能改變部件在土壤中的運動方式，以獲得不同的土壤處理。部件形狀和部件運動方式是緊密相聯的。部件運動方式包括部件的方位，部件通過土壤的軌跡和部件沿軌跡的運動速度。
一、方位
方位指部件形狀與運動方向的關係。同形狀一樣，方位可以用與運動方向相關的參考坐標係來確定。在一些具體場合下，也可用一些簡便方法來確定，如與固定裝置之間的夾角，部件的直邊或底麵的方向，曲麵的直線、對稱線或旋轉軸線的方向等。部件的方位不同，對性能有時產生明顯的影響，有時則不很明顯。譬如垂直於地麵的球麵圓盤，與前進方向成20度角時，轉動最小，因而圓盤與土壤之間的滑移最小，摩擦與磨損最小。又如部件工作麵的入土角對作用在部件上的法向壓力和部件擾土量的影響就很大。一般平均法向壓力隨著傾角減小而降低，總牽引力也隨之減小，因為摩擦阻力減小；部件入土角亦影響擾土範圍、擾土量和碎土程度。
有時利用部件的入土角來控製耕深。例如犁體底平麵的“垂直間隙”，通過其升角的作用，使部件具有一定的自動紮入土中的性能。調整步犁的牽引點，改變犁的方位，能使牽引力的向上分力與自動向下人土的作用力平衡，而犁在滿足平衡條件的深度上“浮動”。目前一般采用懸掛裝置來控製部件方位。常用的懸掛裝置為單杆式、梯形和平行四連杆裝置，平行四連杆懸掛裝置的耕深不受部件的方位影響，單杆式懸掛裝置的耕深隨部件方位變化，梯形懸掛裝置介於兩者之間。遇到入土困難時，不能使部件迅速達到正常耕深的懸掛裝置，留下地頭淺耕區域就較大。Sineokov用下列簡式估算翼形鏟的入土行程。
利用控製部件方位來控製耕深的另一方麵問題是有些部件，例如單杆式懸掛的彈齒，不僅人土角隨耕深而變，土壤攪動量也隨之而變；這樣，齒間距離理應也改變才能使相鄰兩齒的攪動範圍不重疊。目前采取調整彈簧安裝位置的折中辦法，否則需要重新設計複雜的杆件裝置。
二、部件運動軌跡
部件運動軌跡就是部件在土壤中通過時所經過的路線。部件的移動方式有直線平移、旋轉和振動等。其相應的描述方法各不相同。
對運動軌跡所起的影響，這裏僅以部件直線平移為例進行討論。直線運動耕作部件的運動軌跡往往可由耕深和耕寬來規定。研究表明，耕深和耕寬對牽引力以及耕後土壤狀態有很大的影響。在均勻土壤狀態下，隨著耕深或耕寬的加大，須用耕作比阻（單位橫截麵積上的牽引阻力）來評價移動軌跡對牽引力的影響36cm鏵式犁在不同土壤中耕作時比阻隨深度的變化規律。曲線表明，耕深增加到12.5cm之前，所有土壤條件下的耕作比阻幾乎沒有增加；耕深不變時，由於耕寬改變，部件與土垡界麵形狀也改變，在一個較窄的耕寬範圍內，耕作比阻的變化並不十分明顯，當耕深耕寬較大時，情況可能有所不同。
在結束這節的時候，讓我們回到設計方程式。盡管有些設計因素的定量方程相對地比較容易推導出，如速度一阻力關係。但是，現有耕作部件的使用情況表明，部件形狀仍然是最重要的設計因素，是設計中需要主要控製的因素，也是一旦設計之後就難以變更的因素。而在使用中通過適當調整耕作部件的運動方式，還可以在一定程度上控製土壤的加工處理，或在設計的時候將這些運動方式的調整看成為部件形狀的修正因素。這樣，耕作部件的設計及其理論研究，首先是開發定量的形狀設計方程。半個世紀以來，雖然總的來看還是緩慢的，但在一個有限的使用範圍內，某些耕作部件的形狀設計定量方程，仍然有了很好的進展，這在本章的下麵各節中將加以討論。
5.4翻垡部件模型
在實際工作中，耕作部件的形狀和尺寸往往有多種變化。對耕作部件性能建立預測模型，不論是針對土壤破壞範圍或是針對受力跛碎程度都宜將之歸類。Bernack等（1973）和Koolen等（1983），從土壤與工具相互關係的角度考慮，認為多數的耕作部件可劃分為齒（Tines）和犁體（Plow）兩大類；當鬆土範圍達其寬度以外者屬於齒，如鑿形犁，耙齒，中耕器，除草器，心土犁等；當鬆土範圍約等於其寬度者屬於犁體，如二維楔麵，推土鏟，平鏟，塊根收獲器，鉛垂鑽孔器，螺旋清溝器，土壤煙熏器，廄肥注入器，壁犁犁體等；從而主要討論了齒和犁體兩個模型。在本書中，我們則結合動能和工藝過程的特點，歸類為翻垡、深鬆、表土整備、旋耕、圓盤和振動部件，並將在本章內分別討論其模型的建立。在本書中同時約定，凡屬基礎耕具者稱為犁，如壁犁、鑿型犁、圓盤犁、旋轉翻垡犁等。