东北地区是我国最重要的粮食生产基地,也是世界著名的三大黑土带之一。连年的高负荷粮食生产给黑土地造成了巨大破坏。秸秆还田是我国黑土地资源保护的有效手段。作为东北地区主要粮食作物玉米,在获得高产的同时也产生了大量秸秆。目前在玉米秸秆机械化还田过程中需要完成秸秆粉碎抛洒、旋耕混拌或深翻、起垄等多次作业,工艺环节多且需要使用大型农机具,机器进地次数多,耗费动力大,成本高。为保护黑土地,推进机械化保护性耕作技术实施,本文依据牡丹江地区对玉米秸秆碎混还田的农业技术要求,分析现有玉米秸秆还田机械、旋耕碎土机械的结构特点,设计了一种能一次性完成玉米秸秆粉碎和土壤混拌的联合作业机具,对其中关键的秸秆粉碎还田刀、旋耕混拌刀的结构形式,尺寸参数进行理论计算与仿真优化,通过样机的田间试验,对整机和关键部件的性能进行了验证,主要研究内容如下:（1）设计了玉米秸秆碎混还田的联合整地机。结合牡丹江地区黑土地保护的农艺要求,设计一个集秸秆粉碎还田、旋耕、秸秆与土壤混拌等功能的联合作业装备。该机传动方式采用齿轮与皮带相结合,并将皮带轮与齿轮箱分别设计在机体两侧,满足机器作业要求的同时实现了整体重量平衡,减轻机具对悬挂装置的扭转。（2）依据玉米秸秆粉碎要求,设计出V-L形秸秆粉碎还田刀片。在保证刀片质心不外移的前提下,通过理论和计算机仿真分析,确定了V-L形秸秆粉碎还田刀的结构参数,仿真结果表明可提高粉碎刀片对秸秆的砍切、划切面积,进而提高秸秆的粉碎效果。（3）设计并改进了旋耕混拌刀的结构,实现了玉米秸秆的二次粉碎和土壤混拌效果。借鉴阿基米德螺线的原理,对的旋耕混拌刀片的结构参数进行改进,确定刀片的回转半径为250mm;折弯角φ为120°、划切角γ为30°、弯曲半径r为120°,此时刀片的工作幅宽L为45mm,具有旋耕、破茬、混拌的多种效果,实现了玉米秸秆的二次粉碎以及将粉碎后的秸秆与旋耕后的土壤进行充分混拌的目的。（4）田间试验验证了所设计的玉米秸秆还田联合整地机的作业效果满足当地的农业生产要求。采用两因素完全随机试验进行田间试验,结果表明,当机器前进速度为5km/h,动力输出轴转速为760r/min的作业效果最佳,此时秸秆破碎效果良好,旋耕平均深度达233mm,总碎土率达82.2%。