甘薯是重要的粮食作物和食品加工原料,秧蔓茎尖可菜用,同时研究表明紫薯花青素含量较高,具有很好的保健作用。甘薯生产过程中劳动强度大,其中去秧蔓和挖掘收获环节用工最多。我国是甘薯生产大国,且近一半左右种植在丘陵地区,所以丘陵用甘薯生产装备的发展对甘薯产业机械化发展具有重要作用。本文在国内甘薯种植农艺的基础上,设计了一款手扶式甘薯碎蔓还田机,阐述了碎蔓装置、刀座防磨损技术、导向轮调节机构和传动系统等关键部件的设计。利用INVENTOR对甘薯碎蔓还田机进行虚拟建模,利用ANSYS对关键部件刀辊轴进行振动模态分析,验证设计的合理性。为检验整机性能,对甘薯碎蔓还田机进行系统试验,以秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率为试验指标,进行单因素试验,得出刀辊转速、离地间隙和刀片间距对试验指标影响较大。在单因素试验的基础上运用Box-Benhnken中心组合试验方法对碎蔓还田机的工作参数进行试验研究,建立了响应面数学模型,分析了各因素对试验指标的影响,对影响因素进行了综合优化。主要研究内容和结论如下:(1)对国内甘薯生产情况和甘薯机械化生产发展现状进行了概述和探析,详细介绍了国内外几种类型甘薯秧蔓处理机械,总结出影响甘薯秧蔓处理机械作业性能的主要影响因素。通过甘薯秧蔓机械力学特性试验得出收获期甘薯藤蔓平均拉断力为175.1N,平均剪切力为57.23N。(2)根据我国甘薯种植农艺,对甘薯碎蔓还田机的整机进行设计,主要包括碎蔓罩壳、刀辊轴及甩刀、导向轮调节机构、导向轮、传动系统等。根据种植农艺采用仿垄形设计,甩刀双螺旋交错对称排列;运用三维设计软件INVENTOR建立样机虚拟模型,结合软件ANSYS进行刀辊轴振动模态分析,结果验证了刀辊轴设计满足要求。(3)为检验机器的各项性能,确定甘薯碎蔓还田机的最优参数值,以秧蔓粉碎合格率、留茬高度、伤薯率为评价指标,开展了以刀辊转速、离地间隙和刀片间距三个因素的单因素试验,运用SPSS软件对试验结果进行回归分析,观察各试验因素对机具作业性能的影响规律,分析影响机具作业性能的主要因素,以确定各主要因素的合理参数范围。采用Box-Benhnken中心组合试验分析了刀辊转速、离地间隙和刀片间距对秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率的影响规律并进行了模型参数优化,通过试验验证了模型和优化结果的准确性;各因素对粉碎合格率影响顺序为刀辊转速(29)离地间隙(29)刀片间距,各因素对留茬高度影响顺序为离地间隙(29)刀辊转速(29)刀片间距,各因素对伤薯率影响顺序为离地间隙(29)刀辊转速(29)刀片间距;通过试验验证,甘薯碎蔓还田机的最优工作参数组合为刀辊转速1950 r/min、离地间隙25 mm、刀片间距40 mm时,此时秧蔓粉碎合格率为94.88%、留茬高度为47.08 mm、伤薯率为0.23%。