随着马铃薯主粮化政策的推进,根茎作物收获机械的作用日益重要。固定铲式收获机在收获时普遍存在挖掘阻力大、能耗大和适应性差等问题,而振动挖掘技术对上述问题有较大改善。为了探究振动参数对挖掘阻力和土壤扰动的影响,本文进行了基于离散元法的振动减阻挖掘仿真与试验研究,主要研究内容及结论为:（1）田间土壤基本参数测定与微观参数离散元法标定。为了在建立离散元仿真模型和制备土槽土壤时贴近田间实际情况,在田间测定了土壤的基本参数,包括土壤质地、坚实度、含水率和湿密度。对于不方便直接测定的土壤微观参数,采用离散元法进行标定,运用Box-Behnken响应面试验方法进行土壤堆积角试验,得到与土壤物理堆积角一致时对应的土壤的微观参数:JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为4.5 J/m2、0.73、0.51和0.13。（2）振动挖掘试验台搭建。为了能够进行室内土槽试验,搭建了土槽;设计了大、小偏心轮结构的凸轮机构;提出了铲前端固定,铲后端连接凸轮机构的摆动式振动形式,其振动幅度、频率可分别通过凸轮机构的偏心距和转速进行调整。通过对触土部件进行受力分析,明确了牵引阻力包括土壤对触土部件的摩擦力、压力和阻力在水平方向的合力。通过对振动挖掘机构简化的四杆机构进行运动学分析,得到了挖掘铲振动幅度与偏心距之间的调整关系。此外试验台还安装了S型传感器和高速摄影设备,分别用于牵引阻力的测试和土壤扰动情况的记录。在土槽中制备与田间参数基本一致的土壤,并进行了预试验,得到了适合振动挖掘试验的振动幅度、频率和前进速度参数范围分别为7～11 mm、8～16 Hz、0.4～0.6 m/s。（3）振动挖掘过程离散元仿真试验。在离散元软件EDEM中,利用已确定的参数建立触土部件-土壤模型,通过平动试验,验证了该离散元模型能够用来模拟振动挖掘机构在土槽中的挖掘过程。在此基础上,对触土部件作业过程进行了仿真分析,得到了触土部件水平、横向、垂直方向和总体的受力随时间变化的力学特性曲线,分析表明横向受力几乎为零,可忽略不计,触土部件主要在水平方向和垂直方向受力,且水平方向受力大于垂直方向受力;为了得到稳定作业过程的作用效果,对不同前进速度下的有效作业时间段进行了划分和确定。进行了有、无振动下挖掘阻力对比试验,确定了振动挖掘具有减阻效果,且在水平、垂直方向和总体受力上分别减阻8.4%、15.50%和5.94%。并进行了振动幅度、频率和前进速度对挖掘阻力影响的单因素试验,试验结果表明:触土部件在水平方向受力总大于垂直方向受力;水平方向受力和垂直方向受力与振动幅度、频率均呈多项式关系,但水平方向受力随振动幅度的增大先减小后增大,随振动频率的增大先减小后增大再减小,垂直方向受力随振动幅度、频率的增大先减小后增大的波动性变化;而触土部件水平方向受力与前进速度呈线性正相关关系,随着前进速度的增大而增大,垂直方向受力随前进速度呈多项式负相关关系,随着前进速度的增大而减小。并进行了土壤扰动分析试验,结果表明:土壤颗粒在浅层的扰动范围最大,中层次之,深层最小,并且土壤颗粒的速度场变化与挖掘铲在垂直方向上的速度变化呈现正相关关系。（4）土槽试验与仿真试验结果对比分析。在土槽中,通过有、无振动挖掘对比试验,表明了振动挖掘能够减小21.9%的牵引阻力,再次证实了振动挖掘具有减阻效果。通过振动幅度、频率和前进速度对牵引阻力的单因素试验,表明了振动挖掘土槽试验中的牵引阻力和仿真中的水平方向受力随运动参数的变化趋势一致,在一定参数范围内,随着振动幅度的增大先减小后增大、随着振动频率的增大先增大后减小,随着前进速度的增大而增大。通过高速摄影设备记录了土壤作业堆积角和土壤破溃过程,分析表明:土槽试验和离散元法仿真中的土壤作业堆积角变化均很小,基本保持在16°左右,土壤的破溃过程与土壤颗粒速度场变化一样,具有周期性。以上研究结果表明,振动挖掘具有减阻效果,其运动参数如振动幅度、频率和前进速度对挖掘阻力有着不同的影响作用,离散元法是一种能够反映在振动挖掘过程中挖掘阻力和土壤扰动情况的有效方法。