根茎类药材作为我国主要药材,川芎更是重要的根茎类药材,四川省占全国川芎种植面积超过90%,其市场需求量显著增长,而对应的收获机械却发展缓慢,目前主要采用人工挖掘方式进行收获,其主要原因在于川芎根系较多,存在须根夹土,导致机械化收获时存在土壤破碎分离困难、易壅土、输送困难等问题,因此目前的根茎类药材收获机在进行川芎收获时无法正常作业,同时川芎的根系结构、收获方式具有一定的代表性,可以为解决其他根系类药材机械化收获时土壤破碎分离困难、易壅土、输送困难等问题提供依据;本文在分析国内外根茎类作物土壤破碎分离机理及输送原理的基础上,提出一种抛摔碎土分离技术,该技术基于曲柄摇杆机构,结合川芎生长土壤特性、川芎收获方式,搭建抛摔碎土分离机构的试验平台,进行土壤破碎物理特性试验,采用理论分析与试验结合方式对抛摔碎土分离机构的工作机理进行研究,对抛摔碎土分离机构的运动学、土壤碰撞破碎分离、混合物相对振动筛的运动特性、抛摔碎土分离机构性能试验等方面进行了研究。主要研究内容如下:（1）利用曲柄双摇杆机构,研制抛摔碎土分离装置,搭建抛摔碎土分离机构加速度试验平台,测出不同转速下抛摔碎土分离机构的加速度大小,获得不同方向的加速度变化规律;对川芎生长基地的土壤进行紧实度、含水率测定,以不同深度、不同含水率为试验因素,进行土壤破碎试验,试验表明土壤含水率越低、紧实度越大所需破碎力越大,土壤破碎强度为1.33N/cm~2,推导土壤破碎、抛离的基本条件为抛摔碎土分离机构的主轴转速大于180r/min,进而得出影响土壤破碎分离、混合物抛离振动筛的因素为曲柄转速、抛摔碎土分离机构结构参数,进行抛摔碎土分离机理分析,设计抛摔碎土分离机构,最终初步确定出抛摔碎土分离机构的基本结构参数。（2）采用封闭矢量法推导出抛摔碎土分离的运动学模型,以曲柄转速、曲柄半径、驱动连杆长度为因素,以位移、速度、加速度为评价指标,采用Matlab软件绘制位移、速度、加速度曲线,利用正交试验得到各因素对评价指标影响的主次顺序依次为曲柄转速、曲柄半径、驱动连杆;利用拉格朗日法（Lagrange）对抛摔碎土分离机构进行动力学建模,采用达朗贝尔原理得到各连杆惯性力的平衡方程、惯性力矩平衡方程,推导出各连杆的动能、势能,得出抛摔碎土分离机构动力学模型。（3）采用ADAMS软件对抛摔碎土分离机构进行参数化建模,以抛摔碎土分离机构中的振动筛的加速度最大值为目标进行优化,以曲柄摇杆机构存在周转副为约束条件进行优化,优化后使水平方向、竖直方向的加速度幅值分别比之前提升了89.7%、56.8%,最终确定抛摔碎土分离机构相关参数。（4）建立土壤进入到振动筛的运动模型,推导土壤运动学公式,建立土壤碰撞振动筛力学模型,推导土壤碰撞位移响应公式,采用Matlab软件绘制碰撞位移响应曲线,得出土壤碰撞时位移在2.5～3mm之间,碰撞时间为23.5ms,得到曲柄转动周期内土壤破碎分离规律;建立振动筛运动模型,推导振动筛运动学公式、混合物相对振动筛滑动条件,由此推导出混合物相对振动筛运动速度公式,利用Matlab绘制混合物相对振动筛运动速度曲线,得出混合物相对振动筛运动规律,推导混合物抛离振动筛条件、落回振动筛时间、相对振动筛滑动时间,分析表明:混合物相对于振动筛正向滑动运动距离大于反向滑动运动距离,满足混合物正向（向后）输送要求,避免壅堵现象发生;混合物相对振动筛的筛面运动过程为正向滑动、抛离振动筛、碰撞振动筛、正向滑动、反向滑动;混合物在周期内相对于地面向后（川芎收获机前进反方向）运动距离为0.286m,在保证不壅土情况下,川芎收获机的前进速度应小于1.644m/s。（5）利用ADAMS软件仿真得出抛摔碎土分离机构中振动筛的位移、速度、加速度曲线,结果表明:当振动筛位于两个极限位置时,理论计算的曲柄转角与仿真得出的曲柄转角误差分别为0.7°、0.6°;利用EDEM软件对抛摔碎土分离机构进行仿真,得出土壤破碎时所需破碎力的大小为5N、土壤抛离振动筛后最大速度为3.5m/s,验证混合物相对振动筛运动理论分析结果;对样机进行田间试验,试验得出:依靠该机构的川芎收获机的明茎率为95%、损失率为4.5%、损伤率为0.4%,试验测得振动筛极限位置时曲柄转角分别为23.5°、201.5°,与理论计算的24.45°、202.18°分别相差0.95°、0.68°,在收获过程中没有发生壅土现象,抛摔碎土分离机构能够破碎分离土壤,且可以把混合物向后抛起,验证理论推导、仿真分析结果。