地膜覆盖栽培技术具有保墒保肥、节水抗旱和抑制杂草生长等作用,对作物产量提高及生长周期缩短有显著的效果,但随着该项技术的大规模推广,大量地膜在作物收获后未能有效回收,年复一年滞留在土壤中,导致耕地受到了严重的“白色污染”,不仅对当地的生态环境、土壤结构以及作物生长造成了极大的破坏,同时也影响了农田的机械化作业和可持续生产。我国针对残膜污染问题已做出了大量的努力,研制了多种残膜回收机具,然而目前研制的残膜回收机具基本均对于棉花等小细根作物及蔬菜等藤蔓类作物,而青贮玉米由于其根茬较大并与地膜缠绕在一起,地膜回收更困难,针对玉米、烟草等大根茬作物残膜回收工作的研究任务更艰巨。鉴于上述情况,本文以青贮玉米为研究对象开展了大根茬作物地膜回收关键技术研究,提出了先起茬后收膜的分步作业思路,设计了滚刀起茬出膜装置,一次作业可以实现玉米根茬以及地膜的翻出工作。论文主要完成的工作有:(1)在参考研究国内外地膜回收装备现状基础上,通过对新疆玉米种植情况的调研,确定了青贮玉米地起茬出膜装置的设计方案,提出了以滚刀机构进行起茬出膜的构思,后续配套采用目前新疆农科院农机化所较成熟的残膜回收装备,并根据玉米地的收膜条件进行了改进,利用Solid Works软件进行了机构的三维建模及虚拟装配。(2)对青贮玉米地起茬出膜工作的关键影响因素(根茬的物理形态特征缠膜量及地膜的力学特性)做了研究,测定了青贮玉米收获期地膜的最大拉伸力、断裂伸长率等物理特性,同时获得了玉米收获后田间残留根茬的物理形态特征及平均缠膜量,为机构起茬出膜工作时工作参数设置及回收装置结构设计提供了参考。(3)对滚刀装置进行了运动学和动力学理论研究,结合青贮玉米的种植模式,确定了滚刀的基本结构参数,并对滚切刀的运动规律做了MATLAB的轨迹分析,同时对起茬出膜装置进行了计算机仿真分析,运用ANSYS Workbench软件进行静力学分析,静力学得出最大应力点出现在滚刀座与刀轴连接处,等效应力最大值为156MPa,最大变形发生在刀轴中心,最大变形量为1.8 mm,均满足材料强度要求,机构设计合理。(4)加工制作滚刀式起茬出膜装置,并搭载在试验机具上进行田间试验,利用Design Expert中Box-Benhnken组合试验法设计试验,测试起茬出膜装置的作业性能,试验装置田间作业时,试验结果表明滚刀式起茬收膜装置工作参数最优组合为:滚刀入土深度18.5mm,收膜机前进速度4.57 km/h,滚刀刀轴转速906.43r/min;软件分析预测出膜率能够达到85.93%,起茬率达到84.28%。由于实际工作条件限制,田间试验设置各因素水平为滚刀入土深度20 mm,机具前进速度4.5 km/h,滚刀刀轴转速900 r/min,此时出膜率达到84.62%,起茬率为88.25%,试验值与预测值相对误差均小于4%,设计的装置能够较好的完成青贮玉米起茬出膜工作。该研究可为青贮玉米等大根茬作物的残膜回收设计提供参考,对解决玉米地膜的回收有一定的作用。