挖拔式块根收获方式是木薯块根机械收获的主要方式,而挖掘铲是其关键工作部件,因此对挖掘铲作业过程进行仿真分析,建立挖掘铲主要结构参数与松土程度、牵引阻力和块根最大等效应力的数学模型,进行挖掘铲主要结构参数优化,对木薯块根收获机械的设计具有重要意义。本文通过物理试验方法测定木薯块根的物理和机械特性参数,采用ANSYS/LS-DYNA软件和SPH方法建立-茎秆-块根-土壤系统动力学仿真模型,进行了物理试验验证。利用三因素二次通用旋转组合设计方法和挖掘铲-茎秆-块根-土壤系统仿真模型进行了松土过程的仿真试验,建立挖掘铲主要结构参数与松土程度、牵引阻力和块根最大等效应力的数学模型,研究了各影响因素交互作用对松土程度、牵引阻力和块根最大等效应力的影响规律；运用遗传算法对挖掘铲主要结构参数进行优化,获得松土程度较大而且牵引阻力较小的挖掘铲结构参数组合,并且对优化结果进行了验证,验证结果表明,建立的挖掘铲主要结构参数与松土程度、牵引阻力和块根最大等效应力的数学模型精度高,挖掘铲结构参数入土角为28。、翼张角为64。、铲翼宽为38cm时,松土程度为20.68mm,牵引阻力为8760N,可作为木薯收获挖掘铲设计的依据。