随着农业机械化进程的不断推进,实现甘蔗产业的全面机械化得到了业界越来越多的关注,而收割过程中甘蔗宿根破头率过高的问题一直制约着甘蔗机械化的进程。由于甘蔗收获机中直接关系到甘蔗切割质量高低的部件是切割器,所以国内外诸多学者开始将研究重点放在对切割器性能优化上面。本文同样以切割器为研究对象,对其进行结构优化,以降低甘蔗宿根破头率。其中主要研究工作如下:一、本文先是引出了切割器中刀盘的振动幅值对甘蔗切割质量的影响规律,接着从动力学角度探讨了刀盘减振的原理,分析结果表明刀盘质量的不平衡是引起刀盘振动的主要因素之一;又通过大量的仿真与试验研究得出切割器的刚度大小对刀盘振动有很大的影响,这两个影响因子为后面的研究提供了理论基础。二、对切割器进行了针对性的优化设计。(1)结合切割器动不平衡的理论分析和螺旋提升机构上不平衡质量块的试验研究,将切割器螺旋提升机构的螺旋根数由2根变为3根或4根,同时改进螺旋杆与刀轴之间的连接,使改进后螺旋的质量分布更加均匀,动平衡更稳定,切割器刚度也得到提升;(2)利用有限元软件Hyperworks中的Opstrict模块对切割器模型进行以刚度为优化目标的拓扑优化分析,然后结合优化结果和切割器的整体结构分布对刀盘与刀轴的连接提出三种加固方案,使得优化后模型的第一阶固有频率提高了43.48%,第二阶固有频率提高了43.85%;综合位移和Z向位移分别减少了43.28%和33.06%三、利用Adams仿真软件,对优化后的切割器分别进行在空载和砍蔗两种不同的工况下的建模和仿真分析。分析结果表明:空载工况下,随着螺旋根数的逐渐增加,刀盘振幅逐渐减少,振幅最高缩减值为32.1%;从原方案到切割器刚度优化中针对刀盘与刀轴连接的三种加固方案,刀盘振幅逐渐减小,振幅最高缩减值为45.2%,其中最优的组合为第三种优化方案和4根螺旋;砍蔗工况下,随着螺旋根数的增加,刀盘振幅有了明显的降低,其中振幅最高缩减了54.2%;从原方案到切割器刚度优化中针对刀盘与刀轴连接的三种加固方案,刀盘振幅逐渐减小,振幅最高缩减值为43.1%,其中最优的组合为第三种优化方案和4根螺旋,仿真结果表明改善刀盘质量的不平衡和提高切割器的刚度能明显的改善刀盘振动过大的问题。四、通过物理试验对改进后的切割器做实物验证。试验结果表明,对切割器进行螺旋根数、螺旋连接和刚度的优化均取得了比较明显的效果,刀盘振幅明显降低,砍蔗质量明显提高,破头率明显降低。同时发现螺旋根数、刀盘转速和切割器刚度优化中针对刀盘与刀轴连接加固的不同方案对刀盘的振幅影响比较大,通过设计正交试验,结果表明三种因子对刀盘振幅影响的主次顺序为螺旋根数>刚度优化方案>刀盘转速;最优组合方案为螺旋根数为4根、刀盘转速为600 r/min、切割器刚度优化中刀轴与刀盘连接加固的第三种方案。