为能准确建立潮湿甘蔗复合肥的离散元模型，合理设置仿真参数，提高肥料颗粒动力学仿真结果的准确性，以休止角为响应值，对不同含水率的甘蔗复合肥进行试验研究。通过卸料仓法建立含水率与休止角的三元回归方程，决定系数为0.99；基于HertzMindlin with JKR粘结模型，通过PlackettBurman试验、爬坡试验和BoxBehnken试验从9个初始参数筛选出JKR表面能、甘蔗复合肥剪切模量、甘蔗复合肥与不锈钢静摩擦系数、甘蔗复合肥间静摩擦系数、甘蔗复合肥间恢复系数5项显著性参数，并建立休止角—离散元参数模型，模型P值小于0.01，变异系数为6.35%；最后，通过对不同含水率下的最佳参数组合进行仿真休止角试验，仿真结果与物理休止角试验的相对误差小于7.66%，验证不同含水率的甘蔗复合肥参数标定结果和研究方法是合理可靠的。研究结果可为基于离散元法的甘蔗施肥机械动力学仿真研究提供参考。

为提高小型甘蔗收获机的结构刚度，避免共振的发生，同时满足轻量化的需求，对其车架进行多目标多水平拓扑优化。首先建立小型甘蔗收获机车架的三维模型与有限元模型，通过模态试验验证有限元模态的准确性。其次对车架进行静力学分析，并分别以最小柔度和最大动态刚度为目标进行拓扑优化，对优化的模型进行筛选后，再通过静力学分析校验优化结构的安全性。最后，根据优化后的模型加工出实物并进行动态性能测试。通过传递函数测试与振动试验的结果可得：以静力学为目标优化的车架，第一阶频率提高0.1 Hz、峰值频率得到略微改善，并且质量降低10.6%，各频率段的振幅均大于优化前的车架；以侧向支承梁优化的车架，第一阶频率降低0.3 Hz，质量降低21.77%，峰值频率得到轻微改善，1~3 Hz下的振幅略小于原车架；而以动力学为目标优化的车架，第一阶频率提高0.9 Hz，传递函数各项指标均降低，各频率段的振幅均小于优化前的车架，车架质量减少12%，充分达到预期目标，实现车架板梁结构的轻量化和动态特性提升。由验证模态试验得知：三种方式优化后的车架，各阶频率均避开发动机激励以及其他主要激励的频率范围。

针对甘蔗中耕培土过程中,由于甘蔗植株种植垄间距的改变,导致中耕培土机难以兼顾左右两侧垄的甘蔗植株而引起甘蔗植株培土不到位、不充分的问题,即“火山口”现象,结合多功能甘蔗中耕培土机械的开发,提出一种基于机器学习的中耕期甘蔗幼苗识别定位和坐标分类计算方法。该方法通过YOLOv4网络建立识别网络模型,对中耕期甘蔗幼苗根部和土壤接触的局部区域进行识别定位和坐标获取,然后采用支持向量机将坐标数据分成两组,并分别对每组坐标数据进行实时计算处理,得到两组坐标数据的倾斜值,后续中耕设备将根据倾斜值的数值大小进行调整,改变供土量和供土方向。试验结果表明,采用基于YOLOv4识别网络模型对甘蔗幼苗的识别准确率可达95.50%,采用支持向量机对甘蔗幼苗坐标分类的准确率可达92.60%,实现了对中耕期甘蔗幼苗的实时动态识别及分类计算,为智能甘蔗中耕植保联合作业机械的开发提供数据基础。

甘蔗切种是甘蔗预切种种植模式下的极为重要工作过程,但在实际工作中,大部分仍然依靠人工手动切种,切种质量不高,蔗芽损失大,且劳动强度大,生产效率低。为解决此问题,自主开发预切式横向甘蔗智能切种机的数控切割工作台,通过PLC控制多把切刀在切割平台的横向移动,通过液压系统控制多把切刀的切割,经过对切刀定位精度试验分析,分析表明,该控制系统控制切刀定位的精度较高,每把切刀相对定位精度误差均小于0.6%,重复定位误差小于0.5%。研究结果对推进甘蔗预切种的开发,对促进甘蔗种植技术的发展有重要的应用价值。

为提升甘蔗预切种种植的机械化程度,提高甘蔗预切种效率,降低蔗芽损失率,减少人工劳动强度,自主设计开发集甘蔗输送、蔗节智能识别、多刀协同切种等流程于一体的智能甘蔗预切种工作站,实现甘蔗自动协同切种工作。介绍智能甘蔗预切种工作站的输送系统、蔗节识别以及多刀数控协同切种等关键部件的结构设计及工作原理,重点对输送速度和黑箱照度对识别精度的影响,以及多刀切割工作台的定位精度等进行综合的分析。对拍照黑箱的识别精度试验研究表明,甘蔗横向传送速度和光照平均照度对蔗节识别精度具有显著影响,当甘蔗传送速度为0.1 m/s,光照平均照度为430.7 Lux时,识别精度较好,蔗节识别误差小于1.7 mm。通过对切种平台的定位精度试验分析,试验表明:6个移动切种工作台的横向直线移动运动的定位精度误差小于1.5 mm,重复定位误差为±0.2 mm;切种精度的综合误差小于3.4 mm,蔗节的相对综合误差小于5.67%,达到设计的预期目标,实现甘蔗智能横向多刀切种的功能。