根部切割是甘蔗机械化收获的重要工序，根部切割器是甘蔗收获机的关键部件。华南农业大学刘庆庭采用切割破坏试验和田间试验等方法研究甘蔗切割机理；广西大学林茂通过双圆盘切割器的室内物理模拟试验，研究了切割器运动和结构参数对破头率的影响机理。切割状态（1刀、两刀或多刀切断，每刀切入深度及切入位置的高度差）对切割破头率有较大的影响。在影响切割力各因素取优组合时，产生切割破头的状态称为坏切割状态。在甘蔗切割过程中产生的坏切割状态个数越多，甘蔗破头率越高。应用计算机技术进行甘蔗切割仿真可以观察动态切割过程，建立甘蔗切割运动学仿真模型，并制定相应的计算机坏切割状态判别标准，定量研究影响切割状态的各因素对破头率的影响机理，对完善甘蔗收获机械技术有重要意义。
1运动学仿真模型的建立甘蔗切割综合试验台双圆盘切割器（广西农机研究院研制）的结构参数：刀盘直径为570mm，两刀盘中心距为600mm，刀盘厚度为8mm；刀片长度为105mm（有效工作长度75mm），刀片宽度为75mm，刀片厚度为5mm；甘蔗12株2列，列间距离为40mm；同行相邻两甘蔗距离为105mm，两行相邻甘蔗的距离为50mm，甘蔗高度为2m，直径为25mm.利用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS建立双圆盘切割器三维运动学仿真模型，如所示。
基金项目：广西科学基金资助项目（0448006）2坏切割状态判别标准的制定割时切口撕裂部分厚度超过5mm（包括表皮）为甘蔗破头。根据第四强度理论，可求出甘蔗切割过程中距蔗皮5mm处的应力，当此应力大于或等于甘蔗临界破坏应力（6.71MPa）时，甘蔗为坏切割状态。
2.1双圆盘切割器的切割形式基于已经建立的双圆盘甘蔗切割器的运动学仿真模型，进行切割过程的运动学仿真。通过观察每根甘蔗被切割后的刀片运动轨迹发现，双圆盘切割器切割甘蔗有两种切割形，如（a）、（b）所示。单侧切割是单侧刀盘刀片切断1根甘蔗（切割轨迹线基本平行），双侧切割是双侧刀盘刀片切断1根甘蔗（切割轨迹线有*定夹角）。
感y（a）单侧切割（b）双侧切割双圆盘切割器两种切割形式甘蔗切割时存在一刀、两刀或多刀切断的情况，多刀切断极易产生破头。为便于研究，多刀切断甘蔗时仅考虑有一处切口产生破头，据此可以将多刀切断简化为两刀切断。分析时，考虑此处切口的剩余切割深度及两刀切入位置的高度差。
2.2双侧切割的切割夹角确定采用ANSYS建立甘蔗切割有限元模型。单元类带蔗皮甘蔗弹性模量为1172.0MPa⑴，甘蔗直径为25mm，由两刀切断并产生破头。第i刀在下且具有定剩余切割深度，设定剩余切割深度范围为520mm；第2刀切断甘蔗，刀片切入甘蔗茎轩1/2时切割力达到*大，因此将第2刀的切割力作用在切割深度为半径的横截面上。根据切割力经验公式计算可得单位切割力为4377153N/m2，建立甘蔗切割有限元模型如所示。
固定两刀间的切割高度差及切割剩余深度，两刀切割夹角范围为60*78*并从60*开始，以5*为进给量，对以上模型施加载荷约束进行求解，得到模型在夹角范围内同一方向距蔗皮5mm某点处的应力分布情况基本相等。因此，为便于计算，在建立甘蔗切割有限元模型时，两刀盘切割夹角取70* 2.3坏切割状态判别标准基于以上甘蔗切割有限元模型及切割形式，令切割甘蔗两刀夹角分别为0*（单侧切割）和70*（双侧切割）建立两种切割形式的模型。两刀高度差范围为325mm，第1刀切割剩余深度为520mm，两刀高度差和第1刀切割剩余深度均以0.1mm为进给量，施加载荷约束进行求解，得出模型的等效应力分布情况。利用第四强度理论，找出距蔗皮5mm处*大应力等于甘蔗临界破坏应力6.71MPa时的两刀高度差和第1刀切割剩余深度的组合，如表1所示。
运用SPSS软件对表1数据进行多项式回归分析处理，得到两种切割形式下两刀高度差和第1刀剩余切割深度之间的数学模型为分别对回归方程及回归系数进行F检验，结果如表2所示。回归数学模型均在0.000水平上高度显著，且回归数学模型的各项系数也均达到不同程度的水平，表明数学模型、振幅x4和频率x5的单因素运动学仿真试验。试验指标为坏切割状态百分比，即坏切割率（甘蔗坏切割状态的根数/甘蔗总根数）。坏切割状态根据制定的判别标准来判定。试验时，除考虑因素外，其他因素取零水平（力=4片，X2=7.5*X3 3.2验证试验甘蔗切割综合试验台，试22，直径为25*3mm.室试验方法与仿真试验相同，3.3试验结果试验结果如所示。试验数据，星形连线为验证看出，验证试验各单因素对仿真试验基本相同，表明已及在运动学仿真试验中使用是正确的。
刀片数目/片刀盘倾角/（°）速度比振幅/mm刀片数目/片刀盘倾角/（°）速度比各单因素与坏切割率关系图频率/Hz 4坏切割状态影响机理分析bookmark7为了考察各单因素对坏切割率的影响，运用SPSS软件对运动学仿真。
（b）刀盘倾角对指标的影响（c）速度比对指标的影响（d）振幅对指标的i单因素对试验指标的影响主效应图（a）表明，坏切割率随刀片数目的增加而增加。通过运动学仿真试验观察双圆盘切割器切割甘蔗过程发现：在刀片数目较少时，每把刀的切入深度较大，使得甘蔗被一刀切断的概率变大，故坏切割率相对较小；当刀片数目较多时，甘蔗经历多刀切割，被切断的概率变大，相邻切割刀片切口不重合，存在一定高度差，故坏切割率较大。（b）表明，坏切割率先随刀盘倾角的增大而增大，当刀盘倾角大约等于12*时达到*大值，之后随刀盘倾角的增大略有减小，表明刀盘倾角较小时有利于降低坏切割率。（c）表明，速度比与坏切割率呈抛物线状，坏切割率先随速度比的增大而增大，达到*大值后随速度比的增大而减小。其原因是：随速度比增加，在同样前进速度下刀盘转速增加，造成甘蔗受到多刀切割的几率增大，易产生坏切割状态；当速度比大约等于31时，坏切割率达到*大值；随着速度比的继续增加，甘蔗受到的切割刀数也继续增多，造成相邻切割刀片的切口高度差逐渐减小，故坏切割率又随速度比的增加而降低。（d）和（e）是振幅、频率与坏切割率的关系曲线，表明甘蔗坏切割率随振幅和频率的增加而增大。当振动频率增大时，相邻切割刀片的切口产生大高度差的频率加大，坏切割率增大；对于振幅，切割甘蔗时相邻刀片的切口不重合，有一定高度差，此高度差随振幅增大而增大，增加了产生坏切割状态的几率。
究。华中科技大学学报（自然科学版），2004蒋炎坤。水下气泡群运动特性及其三维数值模拟研究。武汉理工大学学报，2005王世昌，张喜全。采用微气泡爆破技术实现内燃机车冷却水系统的整体清洗。内燃机机杨红兵，丁为民，陈坤杰，等。新型蔬菜清洗机的研制。衣业工程学报，2005，21 13200-1991，水质浊度的测定。
5结论刘庆庭。甘蔗切割机理。广州：华南农业大学，林茂。双圆盘切割器切割甘蔗破头率影响因素的优化及机理研究。广西：广西大学，2006.子工业出版社，2000：286-300.应用计算机仿真技术进行甘蔗切割仿真可以观察动态切割过程，是研究甘蔗切割机理的有效方法。
针对切割器两种切割形式制定了切割甘蔗的计算机仿真坏切割状态判别标准，并经物理实验验证正确。
频率和振幅对双圆盘切割器切割甘蔗坏切割率有显著影响，坏切割率明显随频率振幅的增大而增大。切割器设计时，应考虑增加减振措施。
