马铃薯是世界上继小麦、水稻、玉米之后的第四大粮食作物,具有营养丰富、适应性强、产量高、用途广等特点,大面积种植马铃薯对调整和优化农业产业结构、增加农民收入和保证国家粮食安全具有重要意义。目前,我国马铃薯生产机械化程度较低,特别是机械化收获,还以机器挖掘、条铺后人工捡拾的分段收获方式为主,只是实现了马铃薯收获的半机械化,生产效率低、劳动强度大、作业成本高,严重制约着我国马铃薯的规模化生产,马铃薯生产全程机械化必然是未来发展方向。本文针对我国马铃薯机械化收获现状及其存在的问题,设计了一种能够一次性完成薯块捡拾、薯土分离、薯块升运和薯块收集的小型马铃薯捡拾机。运用有限元分析方法对机架进行有限元分析和结构优化,提高机具作业可靠性;对样机进行试验研究并开发捡拾铲参数化设计系统。本文主要完成的工作及结论如下:(1)完成了马铃薯捡拾机总体方案设计根据需求分析、多种方案比较,确定了马铃薯捡拾机关键部件和整体的设计方案。即整机采用单点牵引式与拖拉机相连,主要包括薯块捡拾装置、薯土分离装置、薯块升运装置和薯块收集装置。薯块捡拾装置采用捡拾铲与带齿的杆条输送链相结合的主动捡拾形式;薯块升运装置采用输送链上安装间隔托耙的形式,整体可沿导轨上下滑动,以满足工作和运输两种状态的要求;薯块收集装置中利用液压装置控制活动箱底的高度,减少伤薯。(2)完成了各零部件的结构设计、三维建模及虚拟装配利用AutoCAD完成各零部件的结构设计,借助Pro/E完成各零部件的三维建模、虚拟装配和动态仿真,确保产品中无零件干涉现象,并为有限元分析奠定了基础。(3)完成了机架的有限元分析及优化基于机架的理论受力分析,运用ANSYS软件对机架进行静力学分析,得出机架所受的最大应力为260.54MPa,最大变形量为8.957mm,根据有限元分析结果对机架选材和结构进行了优化设计,优化后机架的最大变形量和最大应力分别为2.773mm和136.328MPa,满足设计需要。(4)制作了样机,并进行了试验研究绘制了马铃薯捡拾机主要零部件的设计图纸,制作了样机,并进行了模拟田间试验和实际田间试验。结果表明,样机在模拟田间试验条件下,运行稳定,薯土分离效果良好,平均伤薯率为3.9%,捡拾率为97.5%,满足国家相关行业标准和设计要求;实际田间试验中,整机工作性能稳定,基本满足设计要求,平均捡拾率、伤薯率和含杂率分别为96.5%、8.8%和12.8%,其中伤薯率和含杂率高于国家相关行业标准。(5)对捡拾铲进行了参数化设计运用C++语言,在Visual Studio开发平台上对Pro/E软件进行二次开发,完成了马铃薯捡拾机中捡拾铲的参数化设计,实现改变参数后自动生成三维模型和二维工程图等功能。