甘薯收获主要包括清理秧蔓和破垄收获。甘薯收获前秧蔓的处理对其收获效率、农民劳动强度和产量均有较大影响。目前,甘薯秧蔓处理机械存在的主要问题是将秧蔓粉碎后抛撒在大田里,不能实现甘薯秧蔓收集作为饲料或能源使用,造成较大的经济损失。本文结合甘薯种植的农艺要求和甘薯秧蔓的生物学特性,研究设计一种具有甘薯秧蔓回收功能的作业机。论文在甘薯秧蔓茎秆微观组织结构和力学特性试验研究基础上,设计甘薯秧蔓回收装置切割关键部件,研究甘薯秧蔓切割机理,应用有限元数值模拟软件对甘薯秧蔓茎秆切割过程进行动态模拟仿真,分析其切割过程中的受力及能耗变化情况,探讨影响切割力、切割能耗的因素,并通过甘薯秧蔓切割试验台进行试验验证,为甘薯秧蔓回收机的结构参数和工作参数优化提供理论基础。甘薯秧蔓回收机的研制,对甘薯产业的轻简化生产技术、节本增效具有重要意义。主要研究内容与结果如下:（1）进行甘薯秧蔓茎秆的微观组织结构及其剪切力学特性研究。通过扫描电镜观察甘薯秧蔓茎秆的微观组织结构并对其结构组成进行分析;通过电子万能试验机对甘薯秧蔓茎秆进行剪切试验,研究了含水率、取样位置和剪切速度对秧蔓茎秆剪切力和剪切强度的单因素影响和综合影响。甘薯秧蔓茎秆单位直径最大剪切力和剪切强度随着含水率的增加、取样位置的升高和剪切速度的增加呈降低趋势。（2）甘薯秧蔓茎秆力学模型弹性参数的测定。利用电子万能试验机对甘薯秧蔓茎秆进行拉伸、压缩和弯曲试验,测得秧蔓茎秆的拉伸、压缩和弯剪弹性模量,其他力学性能参数通过材料力学及弹性力学理论方法获得,从而确定材料模型所需参数。其拉伸弹性模量E3为179.77MPa,压缩弹性模量1E、E2为15.34MPa,异性面剪切弹性模量G13、G2 3为71.79MPa,同性面剪切弹性模量G1 2为6.00MPa,同性面泊松比u12为0.28,异性面泊松比u1 3、u23为0.03,甘薯秧蔓茎秆的轴向拉伸弹性模量与径向压缩弹性模量存在显著差异,甘薯秧蔓茎秆表现为各向异性弹性材料模型。（3）设计甘薯秧蔓回收机关键部件,主要由切割装置、挑秧装置、喂入装置和输送装置组成。重点对切割刀辊进行了设计与分析,秧蔓切割刀辊主要由横切刀和纵切刀组成。横切刀采用直刃型刀片,纵切刀采用特殊设计的等滑切角型刀片,可以减少切割阻力,降低功耗。同时对甘薯秧蔓茎秆的切割过程进行动力学分析,建立了甘薯秧蔓茎秆在切割过程中的动力学方程,得出了影响甘薯秧蔓茎秆切割粉碎的因素。（4）进行甘薯秧蔓茎秆切割过程的动态仿真研究。结合甘薯秧蔓茎秆结构、力学模型弹性参数,应用ANSYSY/LS-DYNA有限元数值模拟软件实现秧蔓茎秆切割过程的动态仿真,分析其在不同参数下的切割力及切割能耗变化等。最大切割力随茎秆直径的增大而增大,随刀片刃角的增大而增大,随刀辊转速的增大而减小,随机具前进速度的增大而增大;切割能耗随茎秆直径的增大而增大,随刀片刃角的增大而增大,随刀辊转速的增大而减小,随机具前进速度的增大而增大。在纵切刀切割甘薯秧蔓茎秆的动态仿真中,通过对不同滑切角的纵切刀的切割过程进行模拟求解分析,研究结果表明切割力随滑切角的增大而减小,切割能耗随滑切角的增大而降低。当滑切角为55°时,最大切割力为4.8N,最大切割能耗为0.6J。（5）研制甘薯秧蔓切割试验台,进行甘薯秧蔓切割试验。通过切割试验台将采集到的切割力、切割能耗试验数据与计算机模拟仿真结果进行对比,得出试验结果与仿真结果基本吻合,误差在10%以内,验证了甘薯秧蔓茎秆切割有限元模型的有效性和仿真结果的准确性。通过多因素试验得出了刀辊转速、输送速度和刀片刃角对切割力、切割能耗的影响变化规律。最大切割力随刀辊转速的增大由迅速下降逐渐转变为缓慢下降,随着输送速度和刀片刃角的增加呈递增趋势。切割能耗随着刀辊转速的增大先减小后增大,随着输送速度和刀片刃角的增加而增大。（6）田间试验。甘薯秧蔓回收机可一次完成秧蔓喂入、切割粉碎、输送及集箱回收作业。以刀辊转速、机具前进速度、离地间隙为试验因素,以秧蔓回收率、留茬高度、伤薯率为试验指标,采用响应面法获得影响因素与评价指标之间的回归模型。秧蔓回收率随刀辊转速的增大先快速增大后缓慢增大,随机具前进速度和刀片刃角的增大而减小;留茬高度随着刀辊转速的增大先快速降低后缓慢降低,随机具前进速度和刀片刃角的增大而增大;刀辊转速降低、机具前进速度越大、离地间隙越大,则伤薯率越小。通过参数优化后得到甘薯秧蔓回收机的最优工作参数组合为:刀辊转速2000r/min、机具前进速度2.5km/h、离地间隙15mm,此时秧蔓回收率为93.16%、留茬高度为33.8mm、伤薯率为0.26%。