长江中下游地区是我国水稻和油菜的主要产区之一,种植模式多为稻-油轮作,该区域重黏土广布,土壤板结、含水率高,留茬高、秸秆量大,耕整地作业所受土壤阻力大,功率消耗大,导致传统机具出现作业质量不佳和易缠绕堵塞的问题,一次作业很难使种床达到种子着床要求。针对以上问题,结合农艺要求,本文研究设计了一种犁旋式秸秆还田联合作业机,主要由防缠草装置、犁耕装置和旋埋装置组成,一次作业可完成切草、犁耕、旋埋、碎土、平地等多项作业,使种床达到播种要求。主要研究内容如下:(1)设计了三种不同功能结构的犁体,采用水平直元线法对犁体展开设计研究,分析了土垡沿犁壁的运动原理;对加工试制的犁体展开土槽试验,根据发现的问题改进优化后进行田间试验,结果表明,三种犁体的耕深和牵引阻力,均符合作业要求,达到设计功能。(2)结合本地耕整地作业特点与国内外相关技术装备的研究,提出了犁旋式秸秆还田联合作业机的技术方案,确定了整机的结构组成和工作原理,分析了工作过程。确定了整机的工作幅宽为2300mm,犁耕深度为180mm～230mm,旋埋深度为140mm～180mm,整机的变速传动系统传动比为2.2:1,刀辊转速为300r/min,对整机进行了受力分析,对犁体的配置和排布方式进行了研究分析,对旋埋刀辊上的三种刀具进行了选型、设计和重新排布。(3)对水稻和油菜秸秆开展了切割特性研究,选取切割角与下落高度为试验因素,切割角角度分别为0°、30°、45°和60°,下落高度分别为0.44m、0.65m、0.90m和1.19m。通过切割结果得到单位截面积切割力,分析得到切割力在30°～60°变化中,切割力呈先减小后增加的趋势,位于45°左右区间为宜。根据切割特性结果,设计了防缠草装置,对刀刃曲线进行了理论分析,设计了分段式刀刃曲线,滑切角采用35°～55°切割区间;对机构进行了完善改进,设计了一种减阻避障机构,减小切割阻力,避免损坏。(4)运用Ansys Workbench的静力学分析模块对机架的等效应力、应变和变形量进行了分析;运用EDEM建立仿真模型,以相关作业参数进行仿真,得到各工况作业的牵引阻力和功率消耗,与田间试验结果对比分析,仿真误差在允许范围内,验证了建立模型的准确性。(5)开展了水稻田和油菜田两次田间试验,探究了在不同田间条件的情况下不同犁体与旋埋刀辊的不同组合方式作业过程中机具受力与功率消耗,对试验田耕前田间环境特性进行了测定,主要包括土壤坚实度、土壤容重、土壤含水率、秸秆高度和单位面积地表残茬量。在水稻田试验中,单、双面犁体与旋埋联合作业较先犁耕后旋埋的二次作业模式,牵引阻力分别减少22.3%和23.5%,总功率分别减少了23.3%、17.6%。(6)水稻田试验中,单、双面犁与旋埋联合作业的旋埋深度均为176mm,碎土率分别为80.8%和84.8%,秸秆覆盖率分别为90.5%、89.8%;油菜田试验中,单、双面犁与旋埋联合作业的旋埋深度分别为178mm和165mm,碎土率分别为88.74%和90.25%,秸秆覆盖率分别为93.4%和90.9%,且两次试验中,稳定性、平整度均满足耕整地的作业质量要求。试验表明,犁旋式秸秆还田联合作业机可以适应秸秆量大的田块,试验的各项性能指标均满足农艺要求与相关标准要求。