甘蔗是中国重要经济作物之一,种植区域分布于广西、广东、海南、福建、云南等省区.中国制糖成本约2700元/t,而巴西、美国原糖进口到中国加工成白糖后的完税价分别为2390元/t、2470元/t,中国食糖价格缺乏竞争力.造成制糖成本过高的主要原因是甘蔗生产成本过高.采用机械化生产是降低甘蔗生产成本的关键所在,甘蔗收获机械技术是制约甘蔗生产全程机械化的一个瓶颈.甘蔗收获机割茬不齐、破头率高、切割损失大,严重影响甘蔗收获机的性能和推广应用.根部切割是甘蔗机械化收获的重要工序.根部切割状况直接关系到甘蔗收获过程中的损失和宿根的质量.研究甘蔗切割机理,为甘蔗收获机械设计提供依据,具有重要的理论意义和实用价值.测定甘蔗茎秆材料物理力学参数、建立其材料模型是解释甘蔗在切割过程中表现出的力学现象和进行切割理论分析的基础,计算机动态三维仿真根切器工作过程是研究甘蔗收获机械运动学参数匹配的手段,切割力试验、切割破坏试验、高速摄像图像分析、田间试验是研究甘蔗切割机理的重要方法,切割力学分析是从理论上建立切割力学模型的基础.弯曲试验在日本SHIMADZU公司生产的AG-I 50 AUTOGRAPH材料力学试验机上进行.压缩和拉伸试验使用济南试验机厂生产的WEW-600C型屏显式液压万能试验机.自制单刀切割试验台和圆盘根切器试验台进行切割力试验和破坏试验.利用美国PHOTRON公司生产的FASTCOM-10K高速摄像机对切割过程高速摄像.采用Object ARX MFC在AutoCAD平台上进行根切器工作过程的三维动态仿真,利用Matlab软件对刀刃上一点运动速度进行仿真分析.试验材料为华南农业大学试验农场种植的甘蔗,品种:桂林-1号.结果表明:(1)仿真分析得出了甘蔗被砍断前最多可经历的砍切刀数,工作过程中的两刀切割是避免不了的;甘蔗受到重复切割的刀数和避免重复切割的不等式.重复切割造成收获中损失.根切器与甘蔗的相对位置影响刀片与甘蔗之间的作用力.(2)依据试验结果将根茬的破损程度分为无破损、轻微蔗皮破损、严重蔗皮破损、轻微劈裂、劈裂和爆裂六个等级.将轻微劈裂、劈裂和爆裂定义为严重破损.(3)高速摄像观察到了多刀切割现象.(4)切割力和刀盘安装角、刀盘倾角之间的关系可以用二元回归方程来描述.(5)采用弹性基础理论,建立甘蔗茎秆材料的切割力学模型;依据试验结果建立了甘蔗茎秆单位切割力的经验公式.(6)甘蔗茎秆弯曲破坏形式有产生中性层裂纹、甘蔗茎秆底部轴向裂纹、甘蔗茎秆节部附近不规则形状裂纹和靠近节处横向断裂等四种.(7)通过在宏观层次上对比甘蔗茎秆材料与单向复合材料组织结构、力学行为的相似性,提出可以将甘蔗茎秆的材料模型简化为单向复合材料观点.