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地膜覆盖技术具有保温、抗旱等作用,已在棉花、花生等农作物种植上广泛使用。由于地膜的厚度薄、强度低,经过长时间的风吹日晒,农用地膜极易风化,进而破碎。经耕、整地作业,破碎的地膜在土壤耕层大量积累,破坏了农田的土壤结构,使得农作物播种后容易出现烂种、烂芽、烂根现象,严重影响了其正常生长。因此,进行农田耕层残膜捡拾机的研制迫在眉睫。本文针对前期试验存在的问题,优化设计了一种钉齿式残膜捡拾机,此机型能够捡拾耕层100mm内的碎小、陈旧残膜。(1)对新旧地膜进行力学性能测试,进而对其进行分析比较,发现旧地膜的平均拉断力比新地膜降低了36.14%,旧地膜的抗拉强度比新地膜降低了33.19%。同时,在新疆阿克苏地区温宿县六团迎宾路南段试验田,对不同耕层的残膜含量及残膜面积进行了测定。经测定,深度在50-100mm的耕层残膜含量比深度在0-50mm的含量高34.01%,耕层100mm内残膜含量中面积大于5cm2的残膜比面积小于5 cm2的多17.07%。(2)针对不同耕层中的残膜含量及残膜面积,优化设计了试验样机,阐述了其作业原理,确定了其作业参数,对凸轮机构进行了优化设计,使其最大瞬时效率比原始样机提高了11.27%;通过试验测出卸膜板的弯曲挠度,计算得出卸膜板在作业时受到的最大载荷,进而推导出其横截面的惯性矩,进而对卸膜板进行了加固设计;设计了起膜铲装置,阐述其作业原理并对起膜铲刀进行了受力分析。(3)对优化设计的捡拾机进行了运动学特性分析,得出了钉齿顶端运动曲线轨迹方程;滚筒直径为450mm,对捡膜临界点进行分析,得出钉齿捡拾残膜角速度临界点。(4)使用Design Expert分别对滚筒转速、起膜铲入土深度及起膜铲作业角度三个因素进行了分析,发现三个因素对拾净率影响大小分别为:滚筒转速>起膜铲入土深度>起膜铲作业角度。最后,通过Design Expert寻优功能确定了滚筒转速为76r/min、起膜铲入土深度70mm及起膜铲作业角度25°为最佳组合参数,拾净率高达84.16%。