木薯亦称树薯，是世界三大薯类之一，主要分布于热带、亚热带地区，是重要的能源物质。随着我国木薯淀粉、能源酒精等深加工产业的发展，使木薯产业成为一种新兴的经济产业。近年来木薯的种植面积迅速扩大，而木薯与其它块茎类作物相比，其块茎生长深度更大，因此收获作业劳动量巨大，耗时费工，实现机械化收获是其必然的发展趋势。木薯的收获主要包括挖掘和分离两个过程，块茎挖掘作为继木薯杆切割之后，木薯块茎收获第二道工序，挖掘铲的工作性能对木薯的收获影响显著，其挖掘阻力占机具工作总阻力的65%-75%，挖净率、伤薯率的高低是衡量挖掘铲性能优越与否的重要指标。本文针对木薯收获机中的挖掘理论以及对挖掘铲进行的设计分析研究。其主要研究内容如下：1)通过对挖掘铲的设计方案进行合理的选择，在对铲面进行受力分析的基础上，引入土壤压缩与破坏理论，并对其性能参数进行设计，建立了衡量碎土性能的指标，并利用Matlab软件进行了数值计算分析。2)建立了衡量挖掘铲碎土性能的多目标函数数学模型，并对二阶铲面倾角和第一阶铲面高度进行优化设计。为了研究的方便引入了虚拟铲面倾角的概念，并得出性能较优的铲面倾角组合和一阶铲面高度。3)根据优化的二阶铲面结构参数建立三维实体模型，并导入ANSYS分析软件，对二阶铲面进行静力学分析，得出性能较为优越的挖掘铲。4)通过建立拖拉机与收获机连杆机构的几何运动关系，研究了拖拉机连杆输入角度与挖掘铲入土角之间的关系。5)对优化设计出的二阶曲面铲进行了田间收获试验，统计出了反映收获效果的主要指标，试验结果表明：该二阶曲面铲耕深稳定，具有较好的挖掘性能，各指标均满足收获工艺要求，且碎土能力也得到提高。