我国是玉米种植大国,秸秆资源丰富,且秸秆中富含大量牲畜可食用的营养成分。玉米秸秆饲料收获机种类较多,其中一次可完成捡拾、粉碎和抛送作业的牵引式秸秆收获机是较为适合我国大部分地区秸秆收获的机型,但在我国西部一些土壤总体含沙量较高的地区,牵引式秸秆收获机在捡拾粉碎秸秆时,易产生玉米根茬与土壤之间接触松动或玉米根茬被拔出的现象,导致收获秸秆含杂率较高。本文以4JS-220型秸秆饲料收获机为研究对象,获取秸秆收获时影响根土间力学特性的关键因素,根据分析结果对关键部件进行优化设计,具体研究内容及成果如下:（1）为探究影响甩刀切割力的关键因素,对秸秆切断后的受力情况进行了理论分析,结果表明:土壤含水率、秸秆直径以及秸秆与地面间的夹角均会影响收获机甩刀的切割力。（2）以土壤湿基含水率、秸秆直径、起拔角度为影响因素对玉米秸秆的田间起拔阻力进行了试验研究。试验结果表明:各因素对秸秆起拔力影响程度大小顺序为:土壤含水率>起拔角度>秸秆直径;土壤含水率与秸秆起拔力呈反比关系,秸秆直径与起拔力呈正比关系。利用响应面最优参数求解方法确定了试验参数范围内秸秆最小起拔力为189.635 N,对应的起拔角度为28.5°、土壤含水率为20.47%、秸秆直径为22 mm,即在起拔角度为28.5°时,秸秆起拔力最小。（3）采用物理试验与EDEM离散元仿真试验相结合的方式,对根系及根土复合体仿真模型进行参数标定。利用离散元软件建立根系剪切模型和根土复合体剪切模型,通过仿真试验获取了影响根系和根土复合体剪切力的主要因素,确定了各影响因素的仿真参数,其中根系剪切模量为6.6 MPa、粘结刚度为1.139×106N/m3、极限应力为1.1885 MPa;根土复合体静摩擦因数为0.7、粘结刚度为6.4×106N/m3、极限应力为3.3 MPa。在不同因素下对玉米根系起拔过程进行模拟仿真,从微观角度分析秸秆起拔过程中的力学特性,探究玉米根系在不同起拔角度下根系对土壤的扰动情况,结果表明仿真试验与物理试验吻合性较好。（4）根据上述试验研究结论,对4JS-220型秸秆饲料收获机进行优化改进。设计了一种分段式转动前帘及新型组合甩刀并应用于试验样机。田间试验结果表明,改进后的机具在作业过程中有效降低了秸秆的割茬高度及根系对土壤扰动幅度,秸秆平均割茬高度较机具优化前降低了6.3%,收获后的秸秆含杂率较优化前降低了1.3%。本研究结果为牵引式秸秆饲料收获机的改进设计提供了理论指导。