小麦在播种前的整地效果,对其产量有重要的影响。传统的小麦播前整地作业过程包括深松、旋耕、施肥、平地等工序,各个工序的进行大多是由拖拉机带动单一作业机具完成,作业工序繁复、耗时费力、对土壤结构破坏较大,影响整地质量。为此,结合河北地区小麦种植农艺要求,本文对深松、旋耕、分层施肥、镇压多功能联合作业机进行了整体设计与优化。主要研究内容如下:联合作业机整机结构优化设计。根据农艺要求、多方案比较确定了联合整地作业机总体设计方案,整机由深松、旋耕、分层施肥和镇压四部分组成。深松铲的布置方式为双排前置交错布置,对深松铲柄结构进行了优化设计;设计了均匀施肥机构和疏肥导肥防堵机构;镇压机构采用齿辊式斜线型碎土镇压类型。分层施肥装置结构设计与仿真分析。针对联合作业机施肥铲作业时深厚层施肥过于集中和施肥口容易堵塞问题,优化设计了一种分层施肥装置。采用离散元方法建立了肥料颗粒与分层施肥装置仿真模型,对不同施肥机构倾角α、施肥片长度L和清肥装置振动频率f三个因素进行了仿真分析研究。结果表明,当施肥装置安装倾角α为30°,中层施肥片工作长度L₁为14mm、下层施肥片工作长度L₂为29mm、清肥装置振动频率f为1Hz时,上、中、下、底层施肥量比例分别为23.3%、23.8%、31.2%和21.7%,施肥配比最接近小麦生长农艺需求。与仿真试验相比,试验台试验和田间试验相对误差均在5%以内,表明分层施肥装置设计合理。深松施肥铲结构优化设计与仿真分析。针对深松阻力大、能耗高等问题,对不同深松铲柄纵深比L/D（0.70、0.80、0.90、0.93常见深松铲柄、1.00）进行研究,采用离散元法和EDEM软件建立了土槽模型,对不同纵深比的深松铲进行耕作阻力虚拟仿真。结果表明,当深松铲柄纵深比为0.80时,深松铲所受到阻力最小。土槽试验和田间试验结果表明,纵深比为0.80的深松铲与0.93深松铲相比,阻力分别降低了3.18%和6.53%。试验结果和仿真结果较为接近,数值误差在10%以内。联合作业机田间性能测试试验结果表明:深松深度,旋耕深度,耕作宽度,植被覆盖率,均符合指标要求,深松深度稳定系数、旋耕稳定系数、耕作宽度稳定性系数和植被覆盖率分别为91.69%、92.05%、95.19%和81.6%,镇压作业后地表较为平整,0¹20cm耕层内平均土壤坚实度在1⁴kg/cm²范围内,达到了小麦播前整地农艺要求。小麦播种25天、180天和195天后测量小麦生长状况,数据结果表明经过深松旋耕分层施肥联合整地的小麦苗在株高、分蘖数、次生根数等指标都要比常规施肥整地的小麦苗具有优势。