芋头作为蔬菜和粮食作物,不仅可以食用,还可以用于药用。在我国,传统的芋头收获形式主要是依靠人工使用锄头挖掘或者采用半机械化收获,半机械化收获要先切除茎秆再采用薯类收获机收获芋头,人工收获需要耗费大量的时间和人力,不利于芋头的产业化发展。芋头的收获包含茎秆割除、挖掘、子母芋分离,针对芋头收获的前两个环节,拟设计一种集芋头茎秆切割和挖掘于一体的收获机械。对挖掘铲和切割装置等部件进行设计,分别用EDEM和ANSYS/LS-DYNA对关键部件进行了仿真分析,加工试制收获机,并开展田间试验,主要研究内容如下:（1）芋头种植农艺的调查和芋头及芋头茎秆的物料特性试验测定。调查了芋头的种植农艺要求,测定芋头种植的行距、株距、深度等基本参数。展开了对芋头的物料特性试验,测定了芋头的三轴尺寸、含水率和弹性模量基本物理参数,研究了芋头压缩和剪切时的力学特性变化,获得了芋头压缩和剪切时加载力-位移的变化曲线及影响芋头破裂力和切断力的因素;展开了对芋头茎秆的物理特性试验,测定了芋头茎秆样品的基本尺寸、含水率,研究了芋头茎秆弯曲和剪切时的力学特性变化,获得了芋头茎秆样品弯曲和切断时加载力-位移的变化曲线及影响芋头茎秆切断力的因素,结果表明:刀具刃角为21°的切割力比25°小。（2）芋头收获机的整机设计。依据芋头种植相关农艺要求,设计出芋头收获机的整机结构,确定了收获机的关键部件:切割装置、挖掘装置及机架等相关部件。芋头收获机可一次性完成茎秆切割、芋头挖掘、夹持输送和铺放等多道工序。（3）切割装置的设计与分析。选取圆盘式切割器,并建立了切割器的运动学方程,通过建立切割器的不漏割、不相撞、不重割方程,确定了切割器基本参数;对切割刀盘进行设计,在圆盘上对称安装4个刀片,刀片的有效切割长度为90 mm,宽度为40 mm,刀盘倾角为0°。并用ANSYS/LS-DYNA软件模拟芋头茎秆切割过程,得到了茎秆切割过程的三向力曲线、合外力曲线、能量曲线及茎秆模型在切割过程中的应力变化。以割刀的切割速度、割刀刃角、切割角作为影响因子,利用Design-Expert设计出以最大切割力和能量损耗为指标的试验设计表,得出17组试验因素组合。并根据ANSYS/LS-DYNA仿真得到的数据,代入Design Exepert软件中得出茎秆切割刀具的最佳参数组合:切割转速为1080 r/min,刀具切割角为26°,刃角为21°。（4）挖掘铲的设计和仿真。根据芋头收获机设计的机架尺寸,确定了挖掘铲总宽680 mm,单铲宽80 mm,铲间距40 mm;通过建立挖掘铲的动力学模型,得到第一阶铲倾角是20°、一阶铲长为180 mm,第二阶铲倾角是25°,二阶铲长100 mm,铲的刃角为45°,挖掘深度为250～300 mm。并利用EDEM软件模拟一阶平面式挖掘铲和二阶间隙式挖掘铲作业下的阻力情形,得出二阶间隙式挖掘铲的均值减阻率在X方向为10.6%,在Y方向的均值减阻率为13.4%。故二阶间隙式挖掘铲在工作时可以更省力,为收获机挖掘铲的设计提供了参考依据。（5）收获机机架部分的设计。设计了芋头收获机的机架部分,确定了夹持链和铺放机构。（6）田间性能试验。参考马铃薯行业标准NY/T1130-2006,确定试验指标为明芋率、伤芋率和破芋率。当拖拉机输出轴转速为540 r/min,行驶速度为1.0 m/s时,芋头收获的作业幅宽为680 mm,挖掘深度为250～300mm,田间试验的结果为明芋率为97.1%,伤芋率1.84%,破芋率为1.88%,符合相关农业标准,满足设计要求。