牛蒡作为深根茎类中药材的一种,有着重要的药用和食用的开发价值。随着国民生活水平的提高和对健康生活的渴求,牛蒡的市场需求量在不断增加,牛蒡生产已成为农民经济收入的重要来源。牛蒡收获是牛蒡生产的主要环节,目前牛蒡主要的收获方式依然是依靠人工挖掘,平铺和捡拾的。为了实现牛蒡种植的大面积推广,同时提高牛蒡收获效率并且提高药农收入,研发一种新型牛蒡收获机具有重要的意义。本文通过对国内外根茎类作物收获机械现状调研的基础上,确定了牛蒡收获作业的农业技术要求,分析了影响牛蒡机械化收获的主要问题以及针对这些问题采取的技术措施。论文从分析结果出发,提出了牛蒡收获机的总体设计目标,对牛蒡收获机的挖掘部件的工作原理进行分析,应用机械运动学、土壤动力学和深耕部件振动减阻理论与方法,完成结构设计。通过牛蒡收获机的三维建模有限元分析、并通过模态试验研究与分析论证其固有频率与土壤固有频率成倍数关系。通过田间试验对牛蒡收获机牵引阻力与机器参数间关系的试验研究,完成了牛蒡收获机关键部件的的参数优化。论文主要研究内容及取得的成果：(1)阐述了牛蒡中药材的发展前景和开发产品,依据牛蒡植物特性,确定牛蒡收获机的整体设计原则并根据研究提出了牛蒡收获机设计的技术难题。基于振动减阻原理对收获机的关键部位进行了设计：振动发生装置,和挖掘机构,设计结果丰富了长根茎挖掘的方法,为相关的研发提供了参考。利用三维软件设计的零件生成图纸,制成样机。田间试验结果表明,该机具各关键部件工作可靠、生产效率高,其收获效果通过实际田间收获验证。(2)应用三维建模和有限元分析软件对研制的牛蒡收获机进行了三维建模,对牛蒡收获机的主要部件进行了有限元分析,分析了挖掘铲在极限作业载荷时的静态应力应变和位移,并绘制了变化图解；分析了主要部件的前5阶模态,确定了其模态频率并制作了其阵型图片；应用有限元分析结果,对牛蒡收获机进行了改进,使牛蒡收获机更适应实际收获。(3)利用模态理论对牛蒡收获机进行了模态试验研究,利用数据采集和分析软件分析了主要部件和整机的模态阵型和模态阻尼比。试验结果验证了有限元模型的正确性。试验结果分析得到的牛蒡收获机振动参数为挖掘部件的动态优化设计和改进提供了依据。深入分析了牛蒡收获机的固有频率为150-160Hz,确定了典型频率；为研究牛蒡收获机振动挖掘部件的振动减阻提供了依据。(4)利用通用旋转正交组合的设计方法对牛蒡收获机进行试验,建立了工作时牵引的最大阻力与影响因素间关系的数学模型。振动频率>振幅>收获机前进速度。利用MATLAB软件进行了数据分析处理,得出阻力峰值与三因素的3个曲面模型；通过规划求解计算,当收获机振动频率为9.398Hz,前进速度0.705m/s,振幅为8.67mm时,阻力峰值F=12.446kN。554拖拉机就能满足12.45kN的牵引力需求,为降低牛蒡收获机动力需求和机械设计提供了优化依据。根据优化计算的结果,对收获机深松部件的结构参数进行调整,并确定机器工作速度,在沈阳西部的大潘镇辽宁省果树良种苗木繁育中心进行验证试验,牵引阻力峰值为12.06kN。(5)根据田间试验测得阻力变化情况,对阻力变化时域曲线做自相关函数处理,得到阻力变化的自相关时域曲线。从该曲线中分析出土壤对机具工作的阻力变化周期为8Hz。牛蒡收获机的固有频率的振型集中于150-160Hz左右,于土壤阻力变化周期成倍数关系,故该机具具有减阻效果。论文的研究方法和结论对有效解决牛蒡机械化收获的主要问题,减少作业阻力,提高收获效率,节约能源,具有理论意义和实际应用价值。