山药种植在我国具有悠久的历史,2015年山药在全国的种植面积已达10万多公顷,其中,山东省的山药种植面积已达到11847公顷。目前山药的收获主要采用机械开沟、人工辅助的方式,部分地区以人工作业为主,作业效率低且成本高,收获过程中表皮易损伤和出现断裂现象,目前仅有部分集开沟、去土、取山药等功能于一体的山药收获机,由于开挖深度、漏收、损伤率高等突出问题,技术依然不成熟。如何在保证山药破损率低的情况下开发出新型的山药收获一体机成为重点研究内容。因此,本文在对国内外山药收获机研究分析的基础上,结合我国山药的种植特点、种植农艺以及收获方式等,设计开发了一种集开沟、破土、松土、菜土分离等功能于一体的山药收获机。设计开发的山药收获机结构将主要包括破土开沟机构、悬挂机构、传动机构和振动分离机构。其中,破土开沟机构主要功能是破土开沟,在山药所处两侧开出深沟,为山药收获提供储土空间;悬挂机构固定于拖拉机后悬的牵引支座上,用以固定控制开沟机构和振动机构升降的升降机构;传动机构为整个山药收获机提供动力;振动分离机构跟进实现振动松土、菜土分离的目的。论文将针对山药收获过程中存在的高破损率等问题,深入分析山药在挖掘收获过程中受到的各种力及其对山药变形的内在关系,重点分析其应力、应变关系和山药的抗断裂能力。并进行单因素试验研究,获得山药相关物理参数平均值;以直径、含水率、加载速度三因素进行正交试验研究,确定山药的直径、含水率和施加外部载荷的加载速度的不同对其承受的拉断力、压断力、折断力的影响。通过对山药的物理特性参数的对比,确定在设计山药收获机并进行作业时减少山药根茎受到易断方向上力的作用,以减少山药出现断裂的概率,为山药收获整机的空间布局和作业时的运动提供力学依据。山药收获机的整机通过模块化设计与开发,确定悬挂机构、传动机构、破土开沟机构和振动分离机构等重要结构组成。并根据山药收获机的主要工作参数,确定开沟机构的切土效率、开沟链刀的运动速度、开沟机构的切土厚度以及工作中受到的外部阻力,并计算获得山药收获机各部分的功率消耗,进而确定山药收获机总的功率消耗等特征参数。同时对整机的关键机构进行研究与分析,具体包括悬挂机构中悬挂方式的选择、悬挂机架的设计、开沟机构旋转装置的设计、变速传动机构的设计及空间布局;开沟机构中的支撑架的设计、螺旋排土机构的设计、张紧机构的设计;设计开发利用振动机构实现山药与土壤的分离。对上述机构进行详细的分析研究,明确其工作原理,为后续整机的设计及结构选型提供参考。利用有限元软件对开发的山药收获机的支撑架进行静力学与动力学分析。探究支撑架在静力状态和工作运动中应力的最大区域及其数值、出现变形的最大区域及其数值,从模态分析分析其振动频率的变化。通过仿真,观察支撑架的应力、变形以及振动情况,对支撑架在工作过程中的受力和运动情况有了更清楚的了解。论文针对山药不同品种生长深度差异问题,对整机部分开沟机构进行柔性结构分析,设计的山药收获机开沟机构可实现开沟机构与地面之间角度的调整,可以适应不同的工作深度和多角度工位,而且主轴的转动和支撑架转动互不干涉。通过张紧机构调节对开沟链条的张紧力,可以大大提高开沟机构的工作效率。论文研究的意义在于解决山药高效收获的问题,对于促进和提升我国大力实施的“脱贫攻坚”方略和“乡村振兴”战略具有重大意义,也为人民增收提供技术保障。