莲藕具有很好的药用和食用价值,是深受广大人民群众喜爱的一种水生蔬菜,在我国分布广泛(柳承芳和刘乐承2013)。然而,莲藕的采收问题一直困扰着广大藕农,制约着莲藕产业的发展。人工挖藕劳动强度较大且生产效率低下,而莲藕采收机械化发展水平低,存在很大问题,鉴于至今国内外莲藕采挖机械化技术发展严重滞后,其适用装备尚属空白,研究开发适合我国国情的先进适用技术及装备具有重要的战略意义。本文开展了莲藕物料特性研究,设计出一台以船式拖拉机为动力的莲藕采挖机,对其进行优化并开展田间试验,主要研究内容如下:(1)开展了莲藕的物料特性研究,探索莲藕在压缩过程中的压力—位移规律,得出不同藕节之间屈服极限大小关系依次为S3?S2?S1,破坏极限大小关系依次为B2?B3?B1。压缩速度和不同藕节对莲藕屈服极限影响显著水平P的值分别为1.89?10-6<0.01和2.88?10-3<0.01,两者交互作用对莲藕屈服极限影响显著水平P的值为0.32>0.05,即两者分别对屈服极限影响极为显著,但其交互作用对屈服极限无显著影响。压缩速度和不同藕节对莲藕破坏极限影响显著水平P的值分别为2.28×10-5<0.01和6.37×10-6<0.01,两者交互作用对莲藕屈服极限影响显著水平P的值为0.41>0.05,即两者分别对破坏极限影响极为显著,但其交互作用对破坏极限无显著影响。通过藕节抗弯试验得到藕节之间最大抗弯压力值的分布范围为150N~250N。(2)开展莲藕采挖机总体设计方案研究,采用船式拖拉机作为动力机,完成水力系统、液压传动系统、机械采挖系统的结构功能设计及布局研究。借助Pro/E软件对整机各部分系统进行设计建模,运用流体力学知识对水流在管道中的能量损失进行分析计算得到总的阻力损失3.44m。(3)在ANSYS Workbench中建立静态结构分析分析项目,分别选取截面外边长为40 mm、50 mm、60 mm三种不同尺寸的方形空心型钢进行静态结构力学仿真载荷分析,其对应的质量、最大等效应力、最大变形分别为7.73 kg、158.42 MPa、1.28 mm,9.87 kg、96.31 MPa、0.91 mm和7.73 kg、158.42 MPa、1.28 mm,最终选择出既满足工作强度,质量相对较小的边长为50 mm的方形空心型钢作为后悬挂架的用材。(4)借助于FLUENT15.0软件,开展了莲藕采挖机喷头分水器内部流场仿真分析,通过速度、压力分布云图对二进口和三进口的进水方式进行比较分析。二进口分水器6个出口最大速度、平均速度的均值分别为4.01 m/s和3.34 m/s,标准差分别为0.11 m/s和0.09 m/s;三进口分水器6个出口的最大速度、平均速度的均值分别为3.97 m/s和3.59 m/s,标准差分别为0.01 m/s和0 m/s。接合速度、压力云图可以得出三进口分水器的出水口速度较大且均匀性也较好,故最终选择三进口为泵体分水器的进水方式。(5)针对不同深度的泥脚藕田开展了田间试验,对莲藕采挖机的田间作业性能进行了试验研究,得出田间作业速度为0.32 m/s,作业幅宽1.32 m,莲藕挖净率76.5%,莲藕损伤率12.6%,纯工作效率151.49 m2×h-1,喷头分水器摆动频率30 r/min,基本达到莲藕采挖要求。