防风Saposhnikovia divaricata（Turcz.）Schisck.是一种历史悠久且应用广泛的根茎类中药材。近年来,野生防风不能满足日益增长的国内外市场需求,栽培防风逐步成为市场主流,河北安国、行唐是栽培防风的主产区,以种植一年生栽培防风为主。随着河北省中药材种植面积逐年攀升,对收获作业机械化水平的要求愈高,目前防风研究领域主要研究化学成分、药用价值、种植分布,对防风收获机的研究较少。针对目前防风收获过程中存在的挖掘装置阻力大、碎土能力差、人工捡拾等问题,亟待设计出一种挖掘性能好、降阻能力强、碎土能力强、方便收集打包的防风收获机,本文具体研究内容为:（1）通过栽培防风种植地实地调研,测定河北一年生栽培防风的生物学特性参数:株距约为144 mm,行距约为343 mm;根长度约为168 mm;测定种植地土壤物理特性参数:土壤为砂壤土,土壤含水率为12.6%,土壤密度为1.39 g/cm3;测定土壤力学特性参数:土壤坚实度为430 kPa,土壤泊松比为0.40,土壤堆积角为33.25°,土壤内聚力为15.426 kPa,土壤内摩擦系数为0.30;为挖掘装置参数设计以及挖掘仿真试验提供重要依据。（2）运用SolidWorks软件对栽培防风收获机的挖掘、根土分离、收集装置以及整机进行三维建模;利用3D扫描技术和Imageware逆向设计软件对仿生数据进行采集和处理,通过Matlab软件对鼹鼠爪趾进行拟合,设计一种以鼹鼠爪趾轮廓曲线拟合线条为结构曲线的仿生挖掘铲;对根土分离装置主动链轮进行动力学分析,计算出根茎上抛最大距离,对抖动轮进行运动分析,确定其频率和最小转速;确定收集装置导流板倾角。（3）运用EDEM软件建立四种常见土壤颗粒模型;以实测土壤堆积角为指标,通过最陡爬坡试验和Box-Behnken试验确定土壤颗粒间接触参数最优值并验证;构建土壤-挖掘铲离散元仿真模型,对仿生铲和普通铲挖掘性能进行仿真分析,仿生铲减阻率为12.50%,碎土率较普通铲提升2.92%;设计挖掘仿真多因素试验,运用响应面法对挖掘阻力和碎土率有显著交互作用的因素进行分析,使用Optimization模块求解最优工作参数。（4）利用制备的仿生铲和普通铲进行土槽试验,以土壤含水率、坚实度为试验土壤评价指标,完成测力系统的搭建,以拉压传感器数值反应水平挖掘阻力,在较优工作参数下,仿生铲减阻率为13.71%,与仿真值相对误差为4.20%,挖掘深度为200 mm时,仿生铲减阻率为13.42%,与仿真值相对误差为6.86%,误差小于7%,所构建离散元仿真模型准确程度较高;制造并观察土壤切面,定性分析仿生铲碎土能力,可得仿生铲较普通铲碎土性能强。