地膜覆盖技术对农业种植产生了深远的影响,不仅解决了西北干旱地区农作物存活率低的问题,还使得农作物的产量大幅增长,但随着时间的累积残膜对农业生产和生态环境所产生的负面影响日益严重。土壤中的残膜不易分解,影响农作物生长,必须要对其进行回收,而综合考虑成本和效率,机械化回收残膜是最好的途径。针对现有夹指链式残膜回收装置作业地面仿形性差、作业性能不稳定的问题,对夹指链式残膜回收装置的仿形装置进行改进,设计一种单铰接仿形收膜机构,该机构主要由仿形机构和收膜机构两部分组成,整个收膜装置由多个单铰接仿形收膜机构并排组成,每个单铰接仿形收膜机构作业时可单独仿形。理论分析研究了关键零部件的结构尺寸,以及单铰接仿形收膜机构的受力特点和上下仿形量,最后进行了田间试验验证其工作性能达到了预期目标,满足残膜回收要求。对残膜回收装置常用的仿形机构和类别进行了分析,分析表明:单铰接仿形机构能适应复杂的地形变化,稳定性和仿形性好能够满足设计要求。最后结合现有夹指链式残膜回收装置和单铰接仿形机构,确定了改进型夹指链式残膜回收装置设计要求、整机结构、工作原理和技术指标,其中,收膜架内侧宽度D=2000 mm,各单体仿形收膜机构之间的距离d=170 mm。确定单铰接仿形收膜机构的整体结构和工作原理,对关键部件进行理论分析,确定了仿形架、仿形轮、切膜圆盘和压紧机构的结构尺寸和参数,其中,仿形架的长度L=500 mm,仿形轮的直径R₁=220 mm,切膜圆盘直径R₂=280 mm。根据k值对传动系统进行了设计,确定了传动系统的总传动比i′=0.39,其余各分传动比i₁=0.47、i₂=i₃=1、i₄=0.83。运用三维软件依次建立各零件模型,并进行装配得到单铰接仿形收膜机构三维实体模型。对单铰接仿形收膜机构进行了受力分析,推导出地面对仿形轮的作用力的计算公式,确定了牵引角β与作用力F之间的关系。通过对上下仿形量的分析,推导出总仿形量H₀的表达式,确定了单铰接仿形收膜机构的初始角β₀=30°,上仿形角β₁=15°,下仿形角β₂=15°,上仿形量h₁=120 mm,下仿形量h₂=104 mm。建立运动模型分别对上仿形和下仿形运动进行了讨论与分析,得出仿形轮在上仿形和下仿形时跳跃距离的表达式,得知影响其跳跃距离的关键因素。根据单铰接仿形收膜机构的结构参数与作业参数确定压紧弹簧的弹簧刚度、机具作业速度和压紧弹簧的预紧长度为影响残膜回收率的三个因素,地膜回收率为试验指标。通过Design-Expert 8.0.6软件对三因素进行分析,优化试验数据,得出三因素的最佳参数组合压紧弹簧的弹簧刚度为160N/mm,机具作业速度为4.6 km/h,压紧弹簧的预紧长度40 mm。田间试验表明,当三因素设为最优参数组合时,残膜回收率达88.9%,与参数优化值相对误差在2%以内,可知改进后的夹指链式残膜回收装置能够满足残膜回收作业的要求。