马铃薯收获机面临的主要问题是挖掘阻力过大,挖掘阻力过大不仅会导致工作中动力不足,还会加快挖掘装置的磨损,增加收获成本。振动式挖掘铲相对于固定式挖掘铲能在一定程度上减小挖掘阻力。振动式挖掘铲的挖掘阻力受牵引速度、入土角度、振动频率、振幅的影响,分析不同牵引速度、入土角度、振动频率、振幅对挖掘阻力的影响规律具有重要的意义。本文从减小挖掘阻力的角度出发,设计了垂直于切削方向的振动挖掘装置,并对振动挖掘装置切削土壤的过程进行数值模拟,得到挖掘铲的挖掘阻力。对不同参数下的挖掘阻力进行分析,研究牵引速度、入土角度、振动频率、振幅对挖掘阻力的影响规律,并找出使挖掘铲挖掘阻力最小的参数组合。将最优振动参数组合下的挖掘阻力与固定式挖掘的挖掘阻力进行对比,研究振动减阻的效果。论文主要内容包括:(1)研究影响挖掘阻力的土壤参数,并对土壤含水率进行测定;研究土壤的破碎方式及土壤屈服准则,确定了土壤挖掘数值模拟中采用的土壤本构模型;分析并研究了振动式挖掘铲的特点及振动减阻的原理,为本课题垂直于切削方向的振动挖掘装置设计提供理论基础。(2)依据马铃薯的种植模式及挖掘铲设计要求对垂直于切削方向的振动挖掘装置进行设计。建立铲尖振幅计算模型并计算其振幅,建立铲尖运动轨迹方程,并对其进行运动仿真,然后将运动仿真结果和振幅计算结果及铲尖轨迹方程进行对比,发现计算结果和仿真结果一致,说明所建立的铲尖振幅计算模型和运动轨迹方程正确;此外,通过对挖掘铲进行模态分析,发现挖掘铲的驱动频率与其第一阶固有频率相距较远,不至于发生共振,说明振动挖掘装置结构合理。(3)建立了土壤切削数值模拟分析流程,利用MAT147土壤本构模型和振动式挖掘铲模型,设置了模型边界条件和载荷,用LS-DYNA软件对振动式挖掘铲切削土壤的过程进行数值模拟,得出挖掘铲的挖掘阻力,分析了挖掘阻力呈周期性变化的原因在于挖掘铲的运动呈周期性变化。(4)对不同参数下的挖掘阻力进行分析,通过单因素试验,分析了牵引速度、入土角度、振动频率、振幅对挖掘阻力的影响规律,通过多因素正交试验与极差分析,结果表明对挖掘阻力影响的主次顺序是:振动频率>振幅>牵引速度>入土角度,并获得了挖掘阻力最小时的最优参数组合;在最优参数组合条件下,对固定式挖掘进行数值模拟,通过进行对比,发现振动式挖掘较固定式挖掘的挖掘阻力减小了37.1%。