小型甘蔗收获机的研究对我国盛产甘蔗的南方丘陵地区具有重要的现实意义,对于加快我国甘蔗收获的机械化、增强我国制糖业国际竞争力更是具有战略性意义。本文作为国家自然科学基金资助项目“基于知识的甘蔗收获机械智能设计系统关键技术的研究”及广西制造系统与先进制造技术重点试验室2007年项目“多因素耦合的甘蔗收获机械砍蔗系统、传动物流系统动力学、仿真分析与试验研究”的基础部分,主要是对小型甘蔗收获机中重要的组成部分——甘蔗剥叶机构与集蔗机构在结构和性能上存在的不足展开分析和研究的。剥叶机构功能评价的两主要指标之一含杂率已取得了国内领先水平,而另一指标伤蔗水平却还有待提高,所以如何在保持甚至降低含杂率的基础上降低伤蔗水平是目前研究剥叶机构急需解决的问题。而集蔗机构的箱体结构及其卸载运动的集约化和自动化亦尚未能满足性能需求。因此,本文针对这些问题,运用虚拟设计及虚拟样机技术,通过对这两个机构的设计进行虚拟动态仿真分析和物理样机试验研究,探讨及拓展改善它们结构性能的方法,为整机的研发提供有力的支持。对甘蔗剥叶机构的仿真分析与试验研究工作具体有:1.按照理论指导实践的设计思想,首先从甘蔗剥叶的运动学分析和受力分析入手,从理论上对剥叶机理进行了探索,分别对影响甘蔗剥叶效果的几种重要因素进行了深入分析。在对剥叶机理的深入剖析下,运用创造性设计的组合法,吸收原剥叶元件纯螺旋排列式剥叶机构设计的优点并改善其缺点,设计了新的有利于降低伤蔗水平的剥叶机构——剥叶元件带一定安装偏角螺旋排列的剥叶机构。2.为新改进的两种剥叶机构及原来的两种剥叶机构,即60°螺旋角0°安装角、60°螺旋角15°安装角、75°螺旋角0°安装角、75°螺旋角15°安装角四种剥叶机构搭建了三维模型并进行对比性的仿真分析。在仿真过程中为增强其拟实性,对剥叶元件和甘蔗的仿真模型进行了柔性化处理。通过对仿真中剥叶元件的运动、动力特性进行分析,初步验证了新的剥叶机构有利于降低伤蔗水平的理论分析,并获得大量虚拟剥叶试验的动力特性数据。3.建立了这四种剥叶机构的物理试验平台,对它们进行对比试验,并通过对所采集的物理试验数据进行分析,研究它们剥叶效果及功率损耗情况。该试验的结果表明,新设计的剥叶元件带一定安装偏角螺旋排列的剥叶机构有利于在保持低于1.20%的含杂率的基础上显著降低伤蔗水平。此外,对这几种剥叶机构的功率损耗和及最大喂入量试验也进行了分析,以及对合理化选择剥叶机构的其他参数如转速等提出了参考意见。对甘蔗集蔗机构的设计与仿真分析具体工作有:1.广泛收集前期设计研究的相关资料,详细分析集蔗机构的设计需求和种种约束条件,评价现有集蔗机构的优缺点,从而针对问题提出能改善其性能,既节约结构尺寸空间又能实现双侧倾卸甘蔗的新设计方案。2.对集蔗机构的优选方案进行三维建模,并对集蔗过程中的两个关键过程——收集和卸载两个过程结合虚拟仿真技术进行运动学和动力学分析。各种数据的分析如位移、速度、加速度分析的结果都验证了该集蔗机构功能实现的可行性和合理性。