大白菜是十字花科芸薹属结球叶类蔬菜的一种,在我国范围内普遍种植,以华北地区和长江以南地区为主要产地。但目前我国大白菜收获仍需依靠人工采收,强度高、效率低、效益差等问题日益突出,极大地制约了大白菜产业的发展,机械化收获需求日益迫切。本研究以我国蔬菜主产区之一的江浙沪地区的结球大白菜为研究对象,在分析其种植农艺与物理力学特性的基础上,结合仿真分析和样机田间试验,研制了一种集切根、夹持导向、输送为一体的单行履带自走式结球大白菜收获机,并对收获机各关键部件进行了设计优化,提出了适宜于机械化收获的大白菜种植农艺规范,以满足大白菜高效、低损、节本增益的生产要求,解决我国南方地区大白菜收获的关键技术问题。主要研究内容和结论如下:（1）大白菜静力学特性研究。测定了大白菜形态尺寸、表观密度、摩擦系数等主要物理参数,并进行了根部切割特性试验;研究了大白菜静载压缩特性,并从宏观和微观层面对比研究了不同加载方向下应力松弛特性的差异,探究了常见横向加载条件下应力松弛特性参数与品质属性参数之间的关系。结果表明,大白菜加载速率越快,压缩力的极限值越小;完整大白菜在较低加载速率和较小形变下具有粘弹性,广义Maxwell模型能较好描述其应力松弛过程;大白菜横向压缩的失效和变形上限大于纵向压缩,且横向加载过程应力松弛快于纵向加载过程;大白菜不同组织细胞几何形状和组织构成方式的差异导致不同加载方向表现出的流变性质不同,微观结构分析的结果与不同加载方向下压缩和松弛响应基本一致;大白菜贮藏期差异信息可用松弛特性参数的前三个主成分特征表征;通过应力松弛特性参数建立的大白菜品质特征预测模型对穿刺硬度和VC含量的拟合效果较好。（2）大白菜振动力学特性与损伤机理的研究。基于敲击振动试验分析了完整大白菜的动力学性质,优化了振动响应的较佳检测位置;基于ANSYS对比分析了不同模型结构组成方式对大白菜自由模态的影响;基于正交试验探究了大白菜跌落冲击与机械损伤的关系,分析了影响机械损伤的主次因素,并基于LDV技术探究了损伤特性与振动特性之间的关系;基于正交试验优化了紧实度测量装置的测试条件,并基于引入的紧实度和其它品质指标,探究了大白菜品质属性与振动特性的关系。结果表明,不同检测方法对大白菜振动频谱有一定影响,大白菜系统在赤道叶柄部位呈现近似线性;三层包裹结构模型能有效模拟大白菜整体结构;大白菜跌落冲击损伤与接触位置的曲率半径和重心位置有关,对跌落冲击过程综合损伤指数DCI有较显著影响的因素依次为下落高度和接触板材质;紧实度指标较传统穿刺硬度能更好地反映大白菜整体结构和质地;利用机械振动响应能评价和预测大白菜主要品质指标,且多个方向引入的振动分量可提高预测模型性能。（3）履带自走式大白菜收获机的设计与分析。确定了先切根,再夹持导向、输送的大白菜机械化收获方案;基于大白菜物理力学特性的研究,确定了各关键部件的结构、初始参数条件与取值范围:设计了一种由左锯齿圆盘和右凹面圆盘组合设置的切割装置,分析确定了切根过程中顺利切割且不产生漏切以及不损伤相邻行大白菜的临界的条件;设计了一种柔性夹持导向装置,确定了大白菜在夹持输送过程中不掉落、不堵塞以及不挤伤的工作条件;设计了一种倾斜输送提升装置并分析了其输送运动过程,确定了大白菜不发生跌落冲击损伤以及不发生滚落的条件;确定了全履带式大白菜收获机液压传动系统的方案以及液压马达的类型,并对底盘的主要技术参数进行了计算。（4）履带自走式大白菜收获机关键部件的仿真优化。基于DEM对切根装置进行了仿真优化,与传统切割刀组合结构进行了对比分析,并基于提出的内外双层根部颗粒填充模型探究了根部切割过程与机理;基于ANSYS对确定的切割圆盘结构和机架主要结构进行了模态验证分析;基于EDEM与Recur Dyn耦合对夹持导向装置进行了仿真分析与优化。结果表明,当切割圆盘转速为187 r min-1、割刀重叠量为18 mm、俯仰角为12°、前进速度为0.30 m s-1时,最大切根反力值与原始值差异较小;非对称式切割圆盘结构切根过程较其它切割刀盘组合耗时最短,且两切割圆盘刀片的模态分析证实了圆盘结构和转速参数设置的合理性;所提出的根部内外两层颗粒模型能够较好模拟根部实际切割过程,且根部切割过程中内外部各层颗粒结构的受力情况与根部微观结构差异表现出一致性;影响大白菜最大夹持力的主要因素依次为夹持带最小离地高度、夹持带转速与夹持带宽度,但夹持带倾角影响不够显著,较优水平参数依次为50 mm、400 r min-1、30 mm、15°。（5）履带自走式大白菜收获机样机田间试验与宜机化种植模式的研究。基于优化确定的各关键部件的适宜结构参数与工作参数,整合试制了单行履带自走式大白菜收获机样机,并基于提出的大白菜收获机作业性能指标评价方法进行了田间测试,结果表明该样机田间生产率为0.11 hm~2 h-1,切根合格率为93.40%,夹持成功率为95.86%,输送成功率为100%,作业损失率为7.84%,满足设计要求。适宜于机械化收获的大白菜农艺种植模式主要包括平作、单行垄作、双行垄作以及宽垄多行垄作,推荐垄距系列为600、900、1200、1500、1800 mm,种植行距为450～750 mm,种植株距为350～500 mm。