为解决南方、西南一二季混作区马铃薯机械化收获问题，针对该地区复杂耕地条件和农艺要求，研究设计了4U1Z 型振动式马铃薯挖掘机。阐述了该机器主要结构、工作原理和关键部件的结构设计，对挖掘铲和振动分离筛机构进行运动学分析，理论与仿真相结合，分析整机的稳定性。以作业速度、振动分离筛倾角和振动频率为影响因素，以明薯率、可靠性、伤薯率为评价指标进行田间试验，对影响收获性能的参数进行分析，获得相关最佳参数组合，并与国家行业标准相比较进行验证。结果表明：挖掘铲、振动分离筛相反方向的振动抵消了部分惯性力，提高了机器的稳定性；作业速度为0.8 m/s，振动分离筛倾角为5o，振动频率为10 Hz时，试验指标明薯率、可靠性、伤薯率分别为94.89%、93.41%、1.22%，此时挖掘作业效果及机器运行状态较好，收获性能指标满足标准要求。该研究为丘陵山区等小地块马铃薯收获问题提供了解决方案，同时为南方、西南山区间套作及丘陵山地等复杂耕地条件的小型马铃薯挖掘机的研究提供参考。