芋头是我国重要的水生蔬菜,其口感软糯,营养价值丰富,经济效益高,在我国被广泛种植。芋头采收劳动强度大、工作环境复杂、采收工序多,一定程度上制约着芋头产业化和规模化发展。本文基于种植农艺及收获要求,依据芋头收获早期叶柄生长特性和力学特性,设计了一种振动铲掘夹拔式芋头挖掘机,该机采用挖拔组合的方式进行收获作业,同时采用振动挖掘的方式来减阻降耗、减少壅土,以提高芋头收获质量。研究内容及结论如下:（1）收获早期芋头叶柄生长特性测定。确定芋头收获深度为200 mm,叶柄收获高度为1000 mm,株距为300 mm,行距为800 mm,沟宽300 mm。生长几何特性测得了在自然状态下,底部、中部、上部叶柄横轴尺寸集中范围分别为80～120 mm、80～160 mm、160～240 mm,在聚拢状态下,底部、中部、上部叶柄横轴尺寸集中范围分别为70～100 mm、55～160 mm、70～100 mm。（2）收获早期芋头叶柄力学特性试验研究。进行了叶柄弯曲、剪切和拉伸特性试验,试验表明:随着叶柄部位的上升,其弯曲力和剪切力逐渐减小,而拉伸力在中段最小,最大平均弯曲力为110.99 N,最大平均剪切力为77.10 N,最大平均拉力为217.17 N;进行了叶柄拉伸试验,结果表明:在夹紧距离和加载速度一定时,夹持位置越低,最大瞬间滑移力越大,芋头越易被拔起;开展了拉拔力试验,试验表明:在松土深度为200 mm时,拔起芋头平均拉力为164.78 N,远小于芋头叶柄拉断力,提出采用拉拔组合的方式进行收获作业。（3）振动铲掘夹拔式芋头挖掘机结构设计。该机由机架、振动挖掘装置、夹持输送装置、叶柄切割装置、张紧装置、行走挖深调节装置等组成,以完成芋头挖掘、输送、芋柄分离和叶柄铺放等功能,实现芋头挖拔收获。在遵循结构布局的前提下,对传动系统进行了设计,拟定输入转速与同步带轮转速比为2:1,与偏心轮转速比为1:1,与刀盘转速比为2:3,估算出该设备配套牵引功率,确定了中小型拖拉机均能配套使用。（4）关键部件设计与分析。对整机机架、夹持输送装置、振动挖掘装置和叶柄切割装置进行设计、理论分析与仿真,优化其结构及参数。对机架进行了静力学分析,分析发现机架最薄弱处在固定左侧夹持输送装置支撑架的支撑方管与主体间的焊接处,其结构强度符合设计要求。对机架进行了模态分析,分析表明在二阶模态时可能产生共振,加工时需使用更厚的支撑方管并在其焊接处增加加强筋。确定夹持输送装置采用柔性夹持,夹持部件采用同步皮带,通过理论分析确定夹持高度为150 mm,建立了夹持输送速度与前进速度的关系,确定同步带轮选用8M型,同步皮带选用HTD8M型号;确定了叶柄切割装置采用圆盘式切割,切断方式为高速单侧支撑,对刀片结构进行了设计,确定刀刃高度为100 mm,刀片宽度为60 mm,刃角为15°,刀片厚度为5 mm,刀片数量为3片;对振动挖掘装置的偏心轮机构进行了设计,确定挖掘铲采用平面三阶挖掘铲,由理论分析确定了挖掘铲的主要参数。对振动挖掘装置进行了刚柔耦合分析,分析发现挖掘铲的最薄弱处在铲尖和铲耳焊接处,最大变形为0.93 mm,最大应力为77.46 MPa,满足材料强度要求。（5）基于EDEM与RecurDyn耦合仿真的振动挖掘部件性能分析。为验证所设计的挖掘部件挖掘入土性能,对不同铲面阶数进行挖掘性能对比分析,验证了三阶挖掘铲碎土能力优于一阶和二阶挖掘铲,其平均行进阻力最小且为588.25 N;对固定式与振动式挖掘铲挖掘性能对比分析,发现振动式比固定式挖掘铲的平均行进阻力减小了22.8%,bonding键断裂数量增幅为105%,其挖掘性能更强。为确定整机最优工作参数组合,对振动挖掘机构进行仿真试验,单因素试验探究了影响因素对挖掘性能的影响规律,确定入土角水平设置为20°、25°、30°,前进速度水平设置为0.6 m/s、0.8 m/s、1 m/s,偏心距水平设置为4 mm、5 mm、6 mm,振频水平设置为9 Hz、10.5 Hz、12 Hz。利用Design-Expert10.0.7软件设计正交试验,正交试验结果得出影响行进阻力的主次顺序为前进速度＞入土角＞偏心距＞振频,入土角与偏心距的交互作用对行进阻力影响极显著,建立了回归方程并对参数进行优化,得到最佳工作参数组合:入土角为20°,前进速度为0.6 m/s,偏心距为6 mm,振频为12 Hz。（6）芋头收获机性能试验。以留柄长度稳定系数、明芋率、伤芋率和破皮率为评价指标,开展了芋头收获机作业质量检测,试验结果表明,叶柄的留柄长度较为一致,芋头的明芋率达96.93%、伤芋率达2.67%、破皮率达2.86%,符合所参考的国家标准,验证了整机设计的合理性。