地膜覆盖技术自国外引入以来,给中国农业带来了巨大的效益。然而,随着种植户对农用地膜的过度使用,残留地膜给农田带来严重的污染。近年来,国内劳动力的短缺使得人工捡拾残膜的方式难以持续,机械回收残膜成为未来残膜回收的发展趋势。现有的残膜回收机具存在回收率低、边膜回收难等问题。针对边膜回收率低的问题,本文设计了一种圆盘扎辊式残膜回收机具,在残膜力学性能研究的基础上,借助于有限元方法和仿真软件对圆盘与土壤、拾膜杆齿与地膜间的作用关系进行了分析,制作物理样机进行试验。本文主要包括以下研究内容:(1)利用万能材料试验机对残膜力学性能(横向、纵向和直角撕裂三个方向)进行了测试,测试结果表明:覆膜时间为100天和60天的残地膜相比,厚度为0.006 mm的地膜三个方向上拉伸负荷分别下降28.458%、25.368%和36.488%,厚度为0.010 mm的地膜三个方向上拉伸负荷分别下降27.134%、42.357%和41.866%,厚度为0.014 mm的地膜三个方向上拉伸负荷分别下降34.135%、49.838%和37.374%。冬季覆膜时间为120天和100天的残地膜相比,三个方向上拉伸负荷分别高出59.027%、33.624%和47.267%,断裂伸长率分别高出63.310%、88.088%和81.312%。(2)依据圆盘碎土机构工作原理,设计了一种圆盘扎辊式残膜回收机,根据起带边膜等设计要求确定了回收机中的圆盘直径、曲率半径、刃角、厚度等参数;由扎膜的要求确定了拾膜杆齿的形状以及在滚筒上的排列方式,分析了拾膜杆齿的运动轨迹方程。(3)利用瞬态动力学显式求解方法对圆盘碎土过程进行了仿真分析,分析结果表明:圆盘倾角为30°时对板结土壤的破碎作用范围最大,圆盘倾角为40°时应力集中在与土壤接触处的圆盘上,出现壅土现象,影响碎土效果;利用非线性接触研究方法对拾膜杆齿和地膜进行了接触研究分析,研究结果表明:单件杆齿作用范围内残地膜的最大变形为2.688 mm,最大应力是31.023 MPa,且残地膜最大变形及最大应力均发生在与杆齿接触处;建立土壤—地膜有限元复合模型,并对拾膜杆齿和土壤—地膜复合模型的作用进行分析,土壤受到的最大应力、应变分别为0.958M Pa和1.439×10-4 mm/mm,地膜受到的最大应力、应变分别为0.015 M Pa和1.966×10-5 mm/mm。(4)选取机具行进速度、圆盘半径和圆盘工作倾角为主要因素,利用正交试验方法对圆盘扎辊式残膜回收机的碎土率及拾膜率进行试验,试验结果表明:当圆盘半径为160 mm、机具行进速度为0.85 m/s、工作倾角为20°时,机具的碎土率最佳,当圆盘半径为120 mm、机具行进速度为1.20 m/s、工作倾角为20°时,机具的拾膜率最佳。