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新疆是我国的棉花种植大省,覆膜技术为棉花增产的同时,由于棉田中地膜回收不及时、不彻底造成了大量地膜残留,对棉田环境造成了严重污染,历年累积耕层残膜为主要残留。为了解决耕层残膜的回收及整地机具二次进地造成的成本浪费问题,本文分析了目前新疆耕层残膜回收机的现状和存在主要问题,在二代梳齿式耕层残膜回收机的研究基础上,运用有限元分析、优化、试验优化等技术手段,针对机具限深稳定性差、输送装置膜土分离差、集膜箱土块多且作业后土壤不平整等问题,研究优化起膜辊、碎土装置这两个核心部件,改进限深轮、增加整地装置,并辅以田间试验,运用单因素和多因素试,验检机具性能,优化设计了一款残膜回收及整地联合作业机械,实现了残膜回收作业和整地作业有效结合。本文主要研究以下几个内容。（1）通过调查研究,对棉田残膜含量进行测定,得出棉田耕层残膜的残留量及分布特征,对新旧地膜分别进行力学性能试验分析,研究耕层残膜的撕裂特性;得出耕层残膜（030cm）中,020cm残膜残留量占整体的71%,在耕层残膜中,面积在050cm2大小的残膜数量较多,占比为67%左右。且耕层残膜的力学性能均低于新膜,因此随着掩埋时间变长,耕层残膜的力学性能会逐渐下降。（2）根据残膜分布特征,对机具的整体进行优化设计,主要包括起膜装置、膜-土分离及输送装置、碎土装置、整地装置、集膜箱及传动系统等关键部件的理论设计及参数选择。（3）利用ADAMS软件对梳齿起膜装置运动轨迹进行分析,机具作业速度为4km/h,起膜装置旋转速度为140r/min时,其运动轨迹稳定,起膜效果最佳。通过有限元分析,对梳齿起膜刀进行预应力模态分析可知:使梳齿变形的固有频率为172.46Hz,但起膜装置转为140r/min,产生的频率远小于固有频率,作业时不会发生变形。对梳齿起膜刀结构静力学分析可知:梳齿的总变形为0.058416mm,所受最大应力为28.043MPa,最大应变为1.7265×10-4mm,最小安全系数为8.9148,梳齿起膜刀不存在因结构强度低而失效的情况,设计合理。（4）对机具进行田间试验,选取起膜装置转速,机具作业速度和机具工作深度为主要因素,利用单因素试验确定了平整度小于5cm符合整地标准,利用Design-expert 8.0.6设计多因素试验得到;起膜装置转速为140r/min,机具作业速度为4.2km/h,机具工作深度为155mm为机具最优作业参数,残膜回收率在75.61%,残膜含杂率在7.3%,平整度小于5cm,工作指标均优于二代样机,优化合理。