农膜覆盖栽培技术为作物增产增收做出了巨大贡献,同时也破坏了土壤的耕作环境,如何将农膜进行有效的回收利用,净化土壤环境,实现农业的绿色可持续发展,是一个亟待解决的问题。如今,各式各样的残膜捡拾机已经应运而生,但其收集残膜效率参差不齐,无法实现膜杂分离的功能。因此,需研发设计一款田间膜杂分选系统以解决残膜除杂的实际问题,本文采用田间调研,膜杂特性分析,流场仿真和试验验证等方法,对膜杂系统进行了系统的分析与试验并获得了相关的研究成果。本文的研究内容分为四个部分:(1)膜杂分选方案的制定。结合贵州省部分烟区对机械捡拾残膜的调研结果,制定出残膜分选设备需增加撕碎装置的方案,以提高残膜的分选效率。对残膜的拉伸撕裂特性进行试验研究,结果表明:撕碎机对残膜的拉伸撕裂速度小于0.27m/s时,可以缓解撕碎机入料口不吞料的现象,该速度值为设计撕碎机的转速提供参考数据。对膜杂进行了飘浮试验,得到了不同物料在流场中的飘浮特性,验证了采用风选法对膜杂混合物分选的可行性,为设计膜杂风选的风速值做理论依据。(2)膜杂分选机械结构的设计。本文选用单辊式撕碎机作为混合物的撕碎设备,对撕碎机内部增设脱料板,以解决残膜缠绕刀辊的问题;为增强对地膜的剪切能力,刀片采用锯齿刃设计。选用12马力的单缸柴油机为系统提供动力。系统采用蜗轮蜗杆减速装置,使撕碎机与柴油机之间获得1:68.6减速比。机架是整个设备的承重部件,对机架进行了静力学仿真,仿真结果表明:机架尺寸和选材均达到强度设计要求。(3)撕碎机机构的优化与仿真。通过刀辊的运动仿真与计算,得出刀刃在有效拉伸方向的分速度符合三角函数变化规律。根据膜杂混合物的特性,优化设计刀片的安装角度为60.8°,在刀片剪切的瞬间,两刀刃形成了最优剪切角,此时刀刃对杂物的有效拉力值最大。刀片的装配创新性使用V型布局方案,该方案减少了刀辊的旋转力矩,降低了设备工作时的震动。通过对刀轴的仿真与分析,刀轴的应力值和疲劳强度满足设计要求。(4)风选腔方案的对比与试验验证。在本文中,创新性的把风选原理使用在膜杂混合物领域的分选。针对水平式风选腔做流场仿真研究,得出沿风管方向风速和风压较为稳定且衰减小。通过水平式风选腔的膜杂分选效果验证试验,试验结果表明:随着气流速度的增加,残膜的分选率增加,但分选出的残膜含杂率呈线性升高,易产生杂物堵塞风腔的问题。针对水平式风选腔试验时发现的问题,将风选腔改进为上扬式结构。通过对上扬式风选腔流场的仿真和风选验证试验,试验结果显示:在同一风速条件下,上扬式风选腔比水平式风选腔的分选率降低了13.1%,同时残膜的含杂率降低了46.4%,有效地改善了风选后的残膜含杂高和风腔堵塞的问题。综合考虑,上扬式风选腔方案优于水平式风选腔方案。