针对甘薯两段式联合收获机作业过程中二级输送分离装置伤薯严重、土薯分离效果差等问题，设计了一种高低间隔式二级输送分离装置。通过结构参数及运动学分析，得出了影响二级输送分离装置作业效果的关键因素，同时确定了各影响因素的取值范围。基于二次正交旋转组合试验，得出了试验指标最佳的因素取值。田间收获试验表明：线速度为0.6 m/s、振动幅度为26.2 mm、振动频率为6.6 Hz时，伤薯率为0.797%、去土率为74.839%。研究结果可为甘薯两段式联合收获机的结构参数优化提供参考。