本文在研究国内外甜菜收获技术及农机装备的基础上,结合我国的甜菜种植模式和生产体制,对甜菜收获机械的关键装置进行了理论分析及试验研究,确定了甜菜联合收获的技术模式、关键技术理论及机构形式,并重点对导向系统、挖掘装置和输送清理装置进行了结构设计和参数优化,实现了甜菜块根的挖掘、输送、清理和收集工序的机械化作业,有效解决了甜菜收获机械化的关键技术难题,提升了收获机具的技术水平。主要研究内容及结论：(1)通过对我国甜菜种植农艺及国内外甜菜收获装备现状的调研,确定了甜菜的2段收获模式和工艺流程,提出了牵引式双行甜菜联合收获机械的设计方案及路线,确定了牵引式的油缸机位调节方式、机械-液压结合的传动系统、幅板式抛掷式机构、杆带式夹持输送装置和背负式收集箱等结构,并分析了甜菜联合收获机的工作原理及结构特点。(2)对甜菜的种植农艺和块根特性进行测定,得到了甜菜的田间分布状况、物理几何模型及压缩力学特性,研究了甜菜块根起拔力的影响因素,并确定了较优参数组合,为导向系统和挖掘装置的关键参数选定提供了参考。(3)借鉴国内外挖掘收获机具及其特点,确定了挖掘装置的结构及工作机理,明确了关键技术参数的关系,构建了挖掘装置的运动学模型及力学模型。运用ANSYS软件对挖掘装置进行了有限元分析,校验了装置结构的强度及变形。采用田间试验,建立了关键参数与挖掘性能指标之间的数学模型,并得到了最佳参数组合。(4)通过对现有导向技术及结构的分析,确定了导向系统结构及工作机理,分析了导向装置的参数关系和动力学特点。借助田间试验及响应曲面优化方法,建立了关键参数与导向效果指标的数学模型,研究了参数对试验指标的影响规律,并确定了参数范围及其最佳组合。(5)结合现有输送、清理机构及其特点,确定了输送清理装置的结构,研究了输送清理装置的工作原理、参数关系及运动特征,确定了输送清理装置的参数关系及范围。借助ADAMS仿真软件,研究了杆式链输送器的运动特性及输送链与输送链轮的相互作用,分析了关键参数对甜菜输送效果的影响,并确定了最佳参数组合,得到甜菜离开输送装置的加速度及速度。(6)通过田间收获性能试验,考察了样机的性能指标、作业质量、适用性和可靠性等情况。针对存在的不足做了进一步的改进和完善,使得样机基本满足收获要求。