我国胡萝卜种植面积和总产量均稳居世界第一,但大多数地区仍然采用人工收获与半机械化收获并存的收获方式。人工收获劳动强度大、效率低,半机械化收获存在经济成本高等问题,无法满足胡萝卜规模化收获要求。松土铲作为胡萝卜联合收获机重要部件,现有研究主要针对中耕期深松铲进行结构设计,并未结合胡萝卜生产模式及收获农艺要求研制专用松土铲,常规深松铲适应性差,影响机具作业质量及功耗。因此,亟需开展与胡萝卜收获模式相匹配的松土铲相关研究,并开发高效实用的配套关键部件。综合上述问题,本文对胡萝卜联合收获机松土铲进行深入研究。根据黑龙江地区胡萝卜种植农艺要求,设计了一种胡萝卜联合收获机高效减阻松土铲,综合工程仿生学、理论分析、计算机仿真分析和试验研究等多种方法与技术手段,研究松土铲合理结构参数及其减阻增扰机理,并验证其工作性能,旨在为胡萝卜联合收获机松土部件设计提供借鉴参考,本文研究内容主要包括如下几个方面:(1)土壤及胡萝卜物理特性测定选取黑龙江地区黑土壤及“红参七寸”胡萝卜为研究对象,采用国标试验方法测定土壤及胡萝卜物理特性,得到了土壤硬度、含水率、容重等物理参数和胡萝卜根茎抗拉特性、拔取力等相关力学参数,为后续高效减阻松土铲结构设计及建模提供理论基础,同时为数值模拟分析提供理论依据和边界条件。(2)胡萝卜联合收获机松土铲结构设计与分析结合机械结构设计和工程仿生技术设计了仿生高效减阻松土铲,以狗獾爪趾为仿生原型设计了仿生减阻铲尖,并分析了其减阻机理;通过理论分析,建立了铲翼与土壤间的力学接触模型,确定了影响松土铲作业质量的铲翼结构参数为铲翼开角α和铲翼倾角β;通过对铲柄滑切角力学分析和表面仿生减阻设计,确定了铲柄滑切角为44.5°和棱纹结构高度为2.5mm,保证松土铲减阻增扰功效,有效提高松土铲作业质量。(3)基于离散元法的松土铲数值模拟性能优化试验基于离散元法建立部件-土壤-作物参数模型并进行松土铲虚拟仿真试验,探究了松土铲作业机理,建立了减阻增扰动力学模型,分析了胡萝卜收获过程中铲翼结构参数对机具前进阻力及胡萝卜拔取力的影响;结合Design-Expert 8.0.6软件确定了松土铲的最优参数组合,验证了高效减阻松土铲的作业性能。研究结果表明,影响胡萝卜联合收获机松土铲作业质量的主要结构参数为铲翼开角α和铲翼倾角β,当二者分别为127.27°和47.37°时,松土铲作业性能最优,前进阻力与胡萝卜拔取力分别为1908.76N和48.37N。(4)高效减阻松土铲配置与田间性能对比试验对高效减阻松土铲进行了整机配置,并进行田间作业性能对比试验研究,结果表明:当机具前进速度为0.7m/s,高效减阻松土铲作业的前进阻力为1945.29N、胡萝卜拔取力为51.7N、漏拔率为3.1%。与凿型松土铲相比,高效减阻松土铲前进阻力降低5.79%、胡萝卜拔取力降低22.84%、漏拔率降低3.8个百分点;试验结果证明所设计的高效减阻松土铲可适用于常规胡萝卜机械化收获过程,具有较好的综合作业性能,可满足胡萝卜机械化收获作业要求。