随着世界经济和社会的高速发展,不可再生能源消耗剧增,生态破坏日益严重,人类社会的可持续发展受到前所未有的挑战,可持续利用的生物质能源的开发及应用正在引起世界各国的高度关注。玉米根茬作为一种可持续利用的生物质能源,进行玉米根茬的收获将能产生一定的经济效益,同时玉米根茬的移除还能为后续的耕整地及种植创造良好的田间作业条件,并具有一定的环境效益。近年来,随着传统农业耕作模式的影响,农业生产也在面临着土壤退化、耕地减少、水土流失、地力下降和作业成本不断提高的严峻形势,当前世界各国普遍在将研究可同时实现高效、节能、节水蓄水、联合作业的农业机械作为解决这一问题的主要方向。本文针对吉林省农业机械化的特点及现行耕作模式存在的弊端,结合联合作业机的研究基础及发展趋势,基于虚拟样机技术(VPT)进行了玉米根茬收获整地机的理论设计和性能研究。本研究在吉林大学设计的4GS-2型玉米根茬收集机的基础上展开,设计了一款玉米根茬收获整地联合作业机,并建立了整机的三维实体模型。结合整机的结构特点,确定了整机行走性能的评价指标:驱动力、通过性和行驶稳定性。通过分析和计算可知:整机所需的牵引力为17.2k N,总功率为42.74k W,东方红-LX904拖拉机可以满足机组的使用要求;整机的最小离地间隙为365mm,接近角为14°,离去角为11°,横向通过半径为775mm,机组的最小转弯半径为4.9m,机组具有良好的通过能力。着重分析计算了机组的行驶稳定性,初步探讨了影响机组行驶稳定性的因素,为整机及其机组的改进设计和其他半悬挂式机组的设计提供了理论基础。根据机架的受力特点,在弯曲工况和弯扭组合工况下对机架进行有限元静力学分析,利用有限元软件ANSYS对机架进行自由模态分析。由分析结果可知:机架的设计可满足使用要求。提升稳定性是衡量折叠悬挂装置性能的重要指标,对悬挂装置的提升稳定性展开研究具有重要的意义。选取一级折叠悬挂装置的提升稳定性为优化目标,建立一级折叠悬挂装置提升速比的数学模型和提升稳定性的优化目标函数,通过java语言编程的方式实现一级折叠悬挂装置的优化设计,确定优化变量(下拉杆铰接点到液压杆和下拉杆的连接点之间的距离)的值为450mm。建立一级折叠悬挂装置的ADAMS动力学模型,通过比较数学模型和动力学模型的计算结果,验证数学模型和动力学模型的正确性。探讨一级折叠悬挂装置各参数对其提升稳定性的影响。通过分析可知:各杆件的长度对提升稳定性的影响均不太显著,而上下铰接点连线与水平面的夹角对提升稳定性的影响较为显著。侧翻稳定性是衡量机组行驶稳定性的重要指标之一,针对半悬挂式机组侧翻稳定性研究的不足,本文提出了一种新的表征机组侧翻稳定性的方法。以横向载荷转移率(LTR)作为机组的侧翻指标,分别建立拖拉机-玉米根茬收获整地机机组的侧翻数学模型和ADAMS动力学模型。通过比较数学模型和动力学模型的计算结果,验证数学模型和动力学模型的正确性。探讨了半悬挂式机组各参数对机组侧翻稳定性的影响,通过分析可知:机组的最大静态侧倾稳定角为36.4°,可以满足国家标准的要求。拖拉机和半悬挂式机具的LTR均分别与其重心高度正相关,与其轮距负相关;拖拉机的LTR还受其自身重量和半悬挂式机具的重量、轴距、重心到牵引点的水平距离、牵引点高度的影响。对侧翻指标各影响因素的敏感度分析表明:拖拉机和半悬挂式机具的重心高度和轮距均为影响它们的侧翻稳定性的重要因素;若要提高半悬挂式机具的侧翻稳定性,除了增大轮距和降低重心高度外,还可采用减小其轴距、牵引点高度以及增大其重心到牵引点的水平距离的方法。