随着我国天保工程的施行,原有粗犷式的大范围集材开始被灵活型的小范围集材逐渐取代,林用集材拖拉机的需求开始由大中型转向中小型,导致市场上林业小型集材拖拉机的需求量逐渐增加。但我国目前对小型集材拖拉机的理论研究还存在不足,现有的集材拖拉机设备陈旧,所装载的小型集材绞盘机没有过载保护和排绳功能,导致整机故障率高。并且由于缺乏对小型集材拖拉机集材实验进行系统的分析,导致对集材作业的工作效率和整机的性能缺乏科学的认识,现有的小型集材拖拉机已经难以满足目前林用集材机械小型化、智能化、多功能化的要求。因此,本文从小型集材拖拉机设计和集材实验方面进行系统的研究有着非常重要的意义。设计理论研究方面,首先结合东北人工林区集材作业的特点对小型轮式拖拉机集材时的相关力学模型进行分析计算,得到整机的主要参数,使整机能够良好满足集材作业需求。然后对小型集材绞盘机传统部件进行了设计,为了缩短研发周期,增加设计参数的科学性,应用内点罚函数理论,使用matlab进行零件参数的优化选择,再通过科学的机械设计计算得到小型绞盘机及相关部件最终的尺寸参数,使用Solidworks、 AUTOCAD软件绘制出零件图、装配图,并使用Simulation进行有限元安全性校核。最后,通过对扭力限制器和压绳辊的设计,使绞盘机具有过载保护和排绳功能。上述设计理论的研究将我国传统的小型集材拖拉机设计理论进行了合理的深化与创新,得到了小型集材拖拉机系统的设计流程,为今后相关研究打下坚实的理论基础。集材实验研究方面,为了使集材功率影响因素的分析更加科学,结论具有一定的实际价值,首先对集材实测数据进行了主成份分析和回归分析,科学的解释了集材功率变化的原因,得到了提高集材功率的方法。接着对绞盘机钢丝绳牵引力作用情况进行了分析,通过理论模型的建立,得到了钢丝绳冲击力的影响因素和理论值,结合实际值加以分析得到了所建模型的适用范围。然后对实测曲线进行了分析,得到了集材过程中钢丝绳牵引力的影响因素,并且验证了过载保护器的工作效果。最后,对整机集材通过性指标进行了分析、验证；通过对卷筒钢丝绳的缠绕情况进行分析,证明了压绳器能起到排绳的功能；通过对建立的整机通过性模型能进行了计算与实验,得到不同环境下整机与木材通过障碍物的能力。上述对小型集材拖拉机实验的研究,为小型集材拖拉机的设计研发、测试提供参考。改善了小型集材拖拉机不能很好的满足作业需求,安全性较差的问题。同时,指导集材作业设计,使小型集材拖拉机集材能力更充分的发挥。综上所述,本文整个研究过程为我国小型集材拖拉机设计提供了一种创新的、先进的、系统的设计方法,实现了小型集材绞盘机的新功能,完善了我国小型集材拖拉机设计与应用理论,具有重要的理论价值与实际应用价值。