甘蔗的机械化收获具有效率高、收获成本低和劳动强度小等优点,是该产业发展的必然趋势。目前,我国甘蔗收获机械化水平低下,受台风和季流风影响,甘蔗每年会有不同程度的倒伏,收获机的扶蔗-切割系统（割台）作业过程中普遍存在甘蔗茎秆提升效率低、易滑落、宿根切割破损严重等问题。为此,本文通过理论分析、仿真模拟和试验研究,初步阐明了甘蔗茎秆与扶蔗器和切割器之间的作用机理,建立了甘蔗茎秆抗倒伏数学模型,在对螺旋式扶蔗器参数优化的基础上探究了一种甘蔗严重倒伏条件下适宜机械化收获的作业方式和作业参数,开展了甘蔗茎秆的切割和破损机理分析并对双圆盘切割器开展多目标优化,探究了茎秆提升高度与宿根切割破损等级之间的影响机制。主要的研究工作如下:（1）通过分析主产区甘蔗的种植农艺情况和植株生长特性,利用直接测量法对甘蔗植株的种植密度、高度以及茎秆的直径、含水率、弹性模量等宏观参数进行测量。甘蔗茎秆的根部开展了径向和轴向的承压特性试验、扭转试验以及蔗皮的拉伸试验。应用电镜扫描技术和番红固绿染色方法,分析了茎秆的理化特性,结果表明:甘蔗表皮的木质化程度最高,机械组织层的维管束分布紧密,这可以增强茎秆的机械强度和抗倒伏能力。（2）建立了甘蔗茎秆抗倒伏数学模型,阐明了甘蔗茎秆与扶蔗器和切割器之间的相互作用机理。基于甘蔗田间生长的力学模型,建立了标准风压和气压下甘蔗茎秆临界倒伏的力矩、风力和风速的数学模型,明晰了茎秆的倒伏原因和抗倒伏机制。通过理论分析建立了扶蔗器和双圆盘切割器田间作业的动力学方程,阐明了螺旋式扶蔗器与倒伏茎秆的相互作用机制,基于振动条件下双圆盘切割器运动机制展开了影响漏割和重割作业参数的分析。（3）对螺旋式扶蔗器开展了参数优化,探究了一种严重倒伏条件下适宜机械化收获的作业方式和作业参数。基于开式螺旋输送机理和刚柔耦合仿真模拟分析了阻碍扶蔗器作业效率的原因并开展了参数优化,结果得出优化后扶蔗器对倒伏甘蔗的提升更加平稳迅速、不易滑落,当甘蔗处于侧顺严重倒伏姿态时,甘蔗质心垂直高度的平均提高率为40.36%。基于刚柔耦合仿真开展了不同前进速度、侧偏角对甘蔗茎秆质心垂直高度影响的试验研究,田间试验表明与仿真平均误差率为5.41%,结果得出收获机作业时优先选择甘蔗倒伏姿态的顺序应依次为侧逆倒伏、侧倒伏、侧顺倒伏,并针对不同的倒伏姿态,探寻了合理的作业速度。（4）分析了甘蔗茎秆的切割和破损机理,对双圆盘切割器开展试验研究和多目标优化。利用ABAQUS软件二次开发功能的UMAT子程序,建立了各向异性材料属性的甘蔗茎秆和切割器的仿真模型,基于应力的变化和力波的传递特性发现切割过程茎秆切割面和背面的拉伸应力和压应力的变化是茎秆破损撕裂的主要原因,尤其是在多刀切割时,并发现矩形刀片切割的缺陷。基于建立的有限元切割模型,探究了刀盘倾角、刀盘转速和前进速度对最大切割力、最大刀盘振幅和最大剪切力的影响规律,并构建了试验因素对指标影响的数学模型。建立了双圆盘切割器的多目标优化方程,基于粒子群算法对双圆盘切割器开展多目标优化,取整后的最佳组合参数为刀盘倾角12°,刀盘转速630rpm、前进速度4 km/h,通过扶蔗-切割系统测试平台与高速摄像技术验证了最佳组合参数的准确性。（5）探究了扶蔗器对倒伏甘蔗的提升高度与切割器对宿根切割破损等级之间的影响机制。将宿根切割的破损情况分成不同的等级,基于设计的扶蔗切割系统测试平台,开展了扶蔗器对不同倒伏甘蔗的提升高度与切割器对茎秆切割破损等级影响的试验研究,选择宿根平均破损等级≤1.6为合格,当收获机前进速度1～3km/h时,分析可得此时茎秆的质心垂直高度约为0.85～1.0m,可将倒伏甘蔗提升后的倒伏角为45°来评定扶蔗器的作业效果是否合格的标准。