随着我国农业技术的高速发展,农业生产对耕地技术、耕地质量、耕地机械的要求也越来越严格,不仅要求所耕地块能够满足农作物的生长要求,同时也要减少由于耕地所引起的水土流失、地力下降等一系列的问题,还应做到尽可能的降低能耗和保护环境,传统的耕地方式与技术已无法满足上述要求,采取保护性耕作方法是解决这一问题的有效途径。用于保护性耕作技术的联合整地机能够一次性完成深松、旋耕、灭茬和起垄等多项作业,有效的保障了土壤本身的物理特性及力学性能不遭到过度破坏,同时还能够降低油耗和促进作物的生长和增产。为了进一步探索联合整地机的结构与运动参数对功耗和耕地质量的影响,本文提出并设计了一款由单一旋耕机改进而来的深松、旋耕和起垄联合作业的机械,即在旋耕机的机架上再添加深松铲和起垄铲,目的在于一次性完成多项田间作业。联合整地机先对土壤进行深层次的松土,随后进行土壤表层的碎土,最后将破碎的土壤进行起垄,既可以减少机器进地次数,保障了土壤的性能,还可以缩短工时,有利于抢农时,最终有利于农作物的生长和提高作物产量。依据结构力学设计理论,选用和设计了机架、旋耕部件、深松铲和起垄铲部件,并将各部件分别与机架组装进行田间单一试验,试验结果表明:单一深松作业机组前进速度与功耗呈二次相关,单一旋耕作业机组前进速度与功耗呈线性相关,单一起垄作业机组前进速度与功耗呈二次相关。随后利用CATIA软件分别建立了各部件的三维几何模型,将机架的几何模型导入ANSYS Workbench中进行力学仿真分析,结果表明:机架能够承受联合整地时所带来的外力作用;最后进行田间联合整地试验,对所测数据进行分析得出:当机组前进速度为4 km/h、深松铲铲形为凿形、旋耕刀辊转速为300 r/min时,联合整地机的功耗最低并且耕地的碎土率、垄况满足要求。通过对试验数据回归分析,分别得到功耗和碎土率与深松铲铲形、机组前进速度以及刀辊转速之间的数学模型,分析功耗模型可知联合作业下机组前进速度、刀辊转速和深松铲铲形3因素与功耗无二次项关系;机组前进速度、刀辊转速和铲形的一次项、机组前进速度与刀辊转速的交互项、机组前进速度与铲形的交互项、刀辊转速与铲形的交互项都对功耗产生了影响;机组前进速度、刀辊转速和铲形的一次项、机组前进速度与刀辊转速的交互项、机组前进速度与铲形的交互项与功耗呈现负相关;而刀辊转速与铲形的交互项与功耗呈正相关;由于本次试验因素中有非量化的因素存在,故进行DPS数据回归分析中,分别得出不同铲形下的功耗与碎土率的数学模型。通过对回归数学模型的建立,确定了深松铲铲形、机组前进速度及刀辊转速与功耗和碎土率之间的关系,为联合整地机的结构和性能参数进一步的研究提供了理论支持。