针对新疆地区小麦秸秆还田作业时，现有耕整设备集成化低、作业质量差、周期长、需配套大功率拖拉机等问题，设计了一种自带动力式秸秆还田联合作业机．分析了整机结构并计算了所需配套动力、牵引力大小、旋耕刀辊直径，利用EDEM离散元仿真软件，建立土壤-秸秆-旋耕刀辊仿真模型，对螺旋形排列刀辊秸秆还田率、平整度、碎土率进行分析，以刀辊转速、作业速度、旋耕深度为试验因素，以秸秆还田率、旋耕扭矩为评价指标，开展三因素三水平正交试验，对试验结果进行方差分析和二次回归拟合得到最优旋耕刀辊作业参数，采用田间试验对理论设计和仿真模型进行验证．该机具在刀辊转速为268 r/min、作业速度为0.85 m/s和旋耕深度为10.0 cm作业条件下，碎土率为90.77%、秸秆还田率为91.38%、地表平整度为1.04 cm．结果表明：所设计的自带动力式秸秆还田联合作业机，一次作业可实现深松、细碎、秸秆还田、平整、镇压功能，使土壤达到待播状态，作业性能出色，各项性能指标均优于相关农艺要求和技术标准．