甘蔗收获机械化能显著降低收获成本,提高收获效率,是我国甘蔗生产发展的必然趋势。切段装置是切段式甘蔗联合收获机中重要工作部件,也是耗能较大的部件,切段性能直接决定了切段长度和蔗段合格率等重要收获指标。目前,我国甘蔗机械化收获水平低下,对切段装置的相关研究尚为空白,现有收获机皆为切段装置后置式,在收获严重倒伏弯曲甘蔗时存在收获流程堵塞问题。本文通过理论分析、仿真模拟和试验研究,初步阐明了滚切式切段机理,研究了切段装置结构和工作参数对切段质量的影响规律,基于研究提出“压倒-根切-切段-输送”收获流程并设计前置切段式割台,提高了切段式收获机对我国弯曲倒伏甘蔗的适应性,保证整机作业效率。主要得到如下结论:1.通过理论分析,给出了无夹持切段长度经验公式及滚切装置装刀准则公式;提出了蔗茎发生实质分离的时刻,并以之为界将切段过程分为滚切阶段和抛送阶段;分析了滚切过程刀片及蔗茎的运动与受力,指出上、下刀片受力不等的特性;得出辊筒结构参数是影响切段质量的决定性因素,滚切运动除了产生直接切割损失外,还会对断口端面产生挤压造成间接损失;将有夹持切段功耗分解为滚切过程、抛掷过程、抵消辊筒阻滞过程,无夹持切段功耗分解为喂入姿态调整过程、滚切过程、自喂入过程、蔗段抛送过程。2.建立了“切段装置-甘蔗”的三维动态仿真模型,基于ANSYS/LS-DYNA软件,对切段过程进行了仿真模拟,得出切段过程与理论分析相吻合,并通过多参数模型仿真得知当辊筒半径为160 m,交错深度为6 mm,辊筒转速为300 r/min时,蔗段断口获得最小轴向应力峰值为1.39×107Pa,有利于提高断口质量,且三个因素对该应力峰值均影响显著。3.设计了切段装置试验台,通过高速摄像记录了不同工况、不同条件下蔗茎的切段过程,获知了平齐、台阶状、破边、挤压和劈裂几种断口形成过程及碎屑、碎块、挤压、破边等切段损失形式;总结出蔗茎在切段过程中的运动包括翘起、跳动、旋转、翻转等多种形式;依附于蔗茎的蔗叶切断形式为有支撑切断,游离于蔗茎的蔗叶切断形式为无支撑撕裂,前者切断效果要优于后者,蔗叶尾部切断效果最差,附茎蔗叶不可去除,构成了含杂率的固有组成部分。4.针对无夹持切段的切段质量与切段功耗试验表明:蔗段长度系数λ取值范围为0.72～0.73;蔗段合格率随辊筒转速升高呈上升趋势,随交错深度增加出现先增大后减小趋势,破边和挤压构成断口破坏的主要形式,破边随转速提高出现弱小增长趋势,挤压则随转速升高有较大下降幅度,二者随交错深度增大都呈现先减少后增多的趋势,劈裂总数占比较小。当辊筒转速为290 r/min,交错深度小于6.3 mm时,蔗段合格率最优为89.6%。切段功耗有随喂入量升高而增大的趋势,不同喂入工况下,刀片正置式结构平均功耗优于反置式结构。5.针对弯曲甘蔗在后置切段易堵塞的问题,提出了“压倒-根切-切段-输送”收获流程,设计了切段装置前置式割台,并与整机融合,通过田间试验验证了该收获模式对我国弯曲甘蔗有较好的适应性,田间作业切段长度系数λ=0.7,变异系数为0.19,在作业效率2 km/h时,蔗段合格率为89.2%,在最大作业效率4 km/h时,蔗段合格率为88.8%。