深松作业可打破犁底层,提高土壤的蓄水保墒能力、促进作物根系下伸和营养物质的传递,从而提高作物产量。旋耕作业可将深松后的浅层土壤进行再次破碎,细碎平整地面,为播种提供良好种床。但深松作业时,深松铲需要深入地下深处才能有效打破犁底层,作业阻力大。同时机具尾部的碎土辊在作业过程中,如遇到较大或坚硬的土块,会影响碎土效果。另外,深松作业后需尽快进行旋耕作业,从而避免土壤水分和营养物质的流失。传统深松与旋耕作业分两次进地,不仅降低作业效率,而且会造成土壤二次压实,影响作业质量。为实现深松和旋耕两种作业模式结合,本文设计一种深松旋耕联合整地机。针对耕作阻力大、功耗高等问题,基于滑切原理在深松铲铲尖顶部设计了凸圆刃,并根据滑切产生的条件,确定了凸圆刃口的结构参数。利用离散元软件EDEM建立虚拟仿真土壤模型,对安装凸圆刃的凸圆刃式深松铲进行仿真分析,同时利用EDEM_Addin插件将颗粒与深松铲接触作用力导出,分析凸圆刃式深松铲应力和变形,校验其结构强度。进一步,基于自激振动减阻原理设计了入土角可控的深松铲自激振动深松装置,通过对装置进行运动学和力学分析,完成核心元件弹簧的选型和校验;针对碎土质量差的问题,设计具有二次碎土功能的笼状碎土辊,并确定了其结构参数;通过对机架进行静力学分析,研究了机架设计的合理性。通过田间试验分析了虚拟仿真土壤模型的准确性、凸圆刃式深松铲和笼状碎土辊设计的可行性及整机的作业性能;并通过室内土槽试验研究了自激振动深松装置的减阻效果及凸圆刃式深松铲同自激振动深松装置联合减阻效果和作业质量。试验结果如下:(1)与国标深松铲相比,凸圆刃式深松铲可减少耕作阻力消耗,平均降低10.240%。仿真值与实测值差异不大,数值误差在3%~10%以内,表明土壤模型基本符合真实土壤的力学特性。(2)自激振动深松装置减阻效果明显,平均减阻9.223%;凸圆刃式深松铲和自激振动深松装置的联合减阻效果明显,平均减阻17.425%,土壤蓬松度和土壤扰动系数分别为26.162%和77.213%,作业质量较好。(3)笼状碎土辊在整个田间试验过程中未出现土壤黏附和拥堵现象,碎土率为84.150%,而安装普通齿状碎土辊机具的碎土率为71.482%,表明笼状碎土辊可有效改善土壤的破碎效果。(4)田间作业能有效改善土壤的耕层结构,降低土壤容重;机具的深松深度稳定系数、整地深度稳定系数、地表平整度和植被覆盖率分别为94.918%、92.484%、1.171 cm和93.362%。上述各项指标均高于相关作业标准,表明设计机具的整地效果好。