莲藕作为我国广泛种植的主要特色水生蔬菜,其产量逐年攀升,产业前景广阔,但其采收环节自动化程度低、效率低、破碎率高、采净率低,每年由于无法及时采收致使大量莲藕腐烂于田间,对莲藕产业造成了严重影响,制约了产业的发展。为此,开展了水力采挖莲藕技术研究。首先,为优化喷嘴结构参数以及水力参数,开展了莲藕主藕体破碎力学以及与土壤-主藕体黏附力学离散元仿真研究;其次,基于EDEM-FLUENT耦合分析了水力冲刷过程,同时设计并试制了一种双喷组藕田莲藕采收机,并根据仿真分析结果对该机的关键部件进行了设计与选型;最后试制样机并对其采收效果进行了田间性能验证试验。全文主要研究内容如下:（1）主藕体离散元破碎力学模型的建立与仿真参数标定为采用仿真分析方法优化改进莲藕机械化收获技术与设备,对莲藕主藕体开展了弯曲破坏离散元仿真分析。以鄂莲5号为试验对象,采用单轴压缩试验获取了其弹性模量、剪切模量和泊松比等本征参数,以摩擦、碰撞试验获取了莲藕间及其与钢之间的碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数等接触参数;采用Geomagic studio 3D以及Solidworks软件对主藕体进行了三维建模;利用EDEM仿真软件中的Hertz-Mindlin with bonding模型,建立了主藕体离散元模型;在质构仪上进行了主藕体弯曲破坏试验,以试验结果为对照,以法向粘结刚度、切向粘结刚度、法向临界应力、切向临界应力为影响因素,开展了主藕体弯曲破坏离散元单因素和二因子模拟试验,结果显示,法向粘结刚度、切向粘结刚度对第一弯曲破坏发生时位移值以及第一峰值影响显著,法向临界应力、切向临界应力影响不显著;在法向、切向临界应力分别为3.80MPa、3.12MPa时,采用最速下降法分析确定了主藕体法向粘结、切向粘结刚度最优解分别为5.814×10~8N/m~3和3.450×10~8N/m~3,据此获得主藕体第一弯曲破坏仿真峰值269.72N和位移值7.14mm,仿真结果相对实测结果误差分别为2.56%、2.00%。（2）土壤-主藕体离散元黏附模型的建立与仿真参数标定开展了土壤-主藕体离散元黏附力学模型研究,以期为后续开沟器在机械采收过程中的推进阻力、喷嘴结构优化的仿真研究提供理论依据。通过环刀法、固结不排水剪切试验（CU）试验、弹性模量试验、重复加卸荷试验等测定土壤本征参数,得到土壤体积密度为1784.72kg/m~3、土壤粒径以及其分布、土壤内摩擦角为11.00°、粘聚力为126.94KPa;土壤塑、液限、塑形指数分别为30.83%、25.52%、5.31%、弹性模量为17.88MPa。结合标定得到的主藕体离散元破碎力学模型,采用EDEM软件中Hysteretic spring模型以及Liner cohesion模型,建立了土壤-主藕体黏附离散元模型,以单轴压缩试验结果为对照,利用响应曲面试验方法,标定出该模型的相关离散元仿真参数,得到所用于仿真的土壤屈服强度为0.34MPa,土壤间能量密度为51.16J/m~3,土壤-主藕体能量密度为51.16J/m~3,土壤-钢能量密度为18.84J/m~3,对应土壤颗粒密度为2345kg/m~3,此时仿真累计误差为9%,与土壤-主藕体拔出力试验实测值相对误差为4.20%。（3）基于EDEM-FLUENT耦合模拟喷嘴冲击土壤过程为优化喷嘴结构参数以及水力参数,基于EDEM-FLUENT耦合模拟喷嘴冲刷土壤的过程,利用前述所得土壤-主藕体离散元黏附模型参数,以出口流量x1、喷嘴安装角度x2为试验因素,冲刷深度Ht以及冲刷宽度Dt为试验指标,按照CCD试验设计方法设计试验,开展方差分析并拟合得到冲刷深度以及冲刷宽度关于出口流量x1、喷嘴安装角度x2之间的二次回归方程。分析得到喷嘴出口流量x1与冲刷深度Ht成正相关,喷嘴安装角度x2与冲刷深度Ht成负相关,即随着喷嘴流量的增加,其冲刷深度Ht随之增大,随着喷嘴安装角度的增加,其冲刷深度Ht随之降低;喷嘴安装角度x2与冲刷深度Dt成正相关,即随着喷嘴安装角度的增加,其冲刷深度Dt随之增大。分别以最大冲刷深度以及兼顾最大冲刷深度与最大冲刷宽度为优化目标,在喷嘴流量x1为30m~3/h,口径为21mm条件下,获得了最优喷嘴参数安装角度x2分别为0、41°。为确定两组喷嘴是否对主藕体造成破坏,以上述获得的主藕体离散元破碎力学模型以及参数开展离散元-流体耦合仿真,对最优喷嘴参数进行莲藕主藕体损伤判定,得到两组最优喷嘴参数均未对主藕体表面造成破坏,表明喷嘴参数设计合理。（4）双喷组藕田莲藕采挖机整机及关键部件设计结合水力冲刷以及机械辅助的采收形式,设计了一种双喷组藕田莲藕采挖机,完成了三维图纸设计以及二维图纸的绘制、动力系统选型、关键部件加工、样机试制。基于上述喷嘴以及开沟器仿真试验结果,设计选型了液压系统以及电控系统;对其水力系统回路中沿程损失以及局部损失进行计算,核算得到两种喷嘴口径,并设计了其安装布置形式。为解决喷嘴靶距增加而影响采收效果的问题,设计了一种深度调节结构用于调节喷嘴以及开沟器距泥面的深度。（5）双喷组藕田莲藕采挖机喷嘴性能验证试验进行了双喷组莲藕采挖机样机试制,对样机喷嘴冲刷效果进行了性能试验,选用口径为21mm的喷嘴分别按照0、30、60°安装,利用定点冲刷方式得到其冲刷深度以及冲刷宽度分别为160、140、90mm以及110、120、190mm;随安装角度提高,冲刷深度不断降低,冲刷宽度不断增大。性能验证试验中出现水泵、进水口堵塞问题,提出了更换水泵、加装开沟器等解决方案。针对喷嘴冲刷深度进行了试验。在额定流量30m~3/h下稳定冲刷3min后,测试两组喷嘴所能达到的最大冲刷深度,将实测值与仿真值做对比。试验结果得到安装角度为0°、41°的喷嘴冲刷深度分别为160mm、110mm,与仿真值的相对误差分别为7.91%、9.54%,安装角度为0°、41°的喷嘴冲刷宽度分别为110mm、160mm,与仿真预测值的相对误差分别为5.90%、10.08%,验证仿真具有准确性。