手持式小漿果采收器設(shè)計(jì)與仿真分析.pdf

1、目前，我國小漿果采收作業(yè)主要以人工為主，采收效率低，勞動(dòng)力強(qiáng)度大，作業(yè)成本高。小漿果采收技術(shù)已經(jīng)嚴(yán)重滯后于小漿果種植業(yè)發(fā)展的需求，限制了小漿果行業(yè)的發(fā)展，因此小漿果機(jī)械化采收技術(shù)的研究具有重要意義。為提高小漿果采收的效率，減少果樹損傷，在測試小漿果果樹幾何、力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，建立了小漿果果枝動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行了振動(dòng)采收仿真分析，設(shè)計(jì)了一種手持式振動(dòng)采收器及其收集裝置，并進(jìn)行了試驗(yàn)測試。
　　為建立小漿果果樹力學(xué)模型提供基本參數(shù)，通過

2、對黑龍江省地區(qū)的藍(lán)靛果樹在田間狀態(tài)下的果樹主枝及側(cè)枝的長度、質(zhì)量、直徑，側(cè)枝生長角度、生長位置高度等基本的幾何物理特征參數(shù)進(jìn)行測量，分析了藍(lán)靛果樹果枝的主要幾何特征的變化規(guī)律。對果枝進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測試了果枝的彎曲剛度、彈性模量力學(xué)特性及其變化規(guī)律。三年生的藍(lán)靛果樹，果枝頂高和直徑兩者呈線性正相關(guān)線性關(guān)系，主枝直徑平方和質(zhì)量兩者之間極強(qiáng)相關(guān)，為二次線性關(guān)系;側(cè)枝生長點(diǎn)位置高度差值分布平均值為49.24 mm，側(cè)枝生長角度的平均值27.93

3、°，主要分布區(qū)間為（10°，40°]，占全部統(tǒng)計(jì)量的94％，側(cè)枝的質(zhì)量和直徑相關(guān)性強(qiáng)，為二次線性關(guān)系，側(cè)枝生長點(diǎn)位置的起始直徑范圍1.2-2.7 mm，起始直徑和長度隨側(cè)枝位置高度的增大而減少。彎曲試驗(yàn)得出果枝剛度與直徑四次方成正比。
　　為了給小漿果振動(dòng)采收器的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，根據(jù)果樹外部形態(tài)和生長特征，基于果樹的力學(xué)特性試驗(yàn)，建立果樹的幾何模型，應(yīng)用有限單元法建立小漿果果枝動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行了模態(tài)分析，對果枝正弦力激振時(shí)果枝上各點(diǎn)

4、位移的響應(yīng)進(jìn)行了分析。在果枝中間位置激振時(shí)，果樹中上部各點(diǎn)位移大于果枝下端位置激振時(shí)的位移量，但果枝根部的位移量略小于下端位置激振時(shí)的位移量，綜合結(jié)果中間位置激振優(yōu)于下端位置激振。
　　設(shè)計(jì)了一種手持式小漿果振動(dòng)采收器，建立了采收器-果枝的動(dòng)力學(xué)模型，分析了果枝振動(dòng)形態(tài)及采收器參數(shù)對果枝運(yùn)動(dòng)位移及其受力的影響規(guī)律，并使用高速攝像技術(shù)進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)。針對黑加侖進(jìn)行數(shù)值仿真試驗(yàn)，確定了振動(dòng)穩(wěn)定后果枝的振動(dòng)形態(tài)，與在同轉(zhuǎn)速下的正弦函數(shù)

5、對比，相關(guān)系數(shù)大于0.95，振動(dòng)響應(yīng)的主頻率保持與激振頻率相同，且間歇振動(dòng)多一個(gè)副頻率，大小為主頻率的三倍，振動(dòng)穩(wěn)定后手振動(dòng)位移幅值、加速度大小遠(yuǎn)小于果枝的振動(dòng)位移和加速度。轉(zhuǎn)速、偏心距、振幅對果枝受到的作用力影響極顯著，轉(zhuǎn)速、偏心距對果枝位移影響極顯著，振幅對果枝位移影響較顯著。當(dāng)轉(zhuǎn)速926 rpm、偏心距15 mm、采收指間距7 mm時(shí)，果枝受到的作用力72 N，果枝位移18 mm，采收效果最好，且對果枝損傷最少。利用高速攝像技術(shù)驗(yàn)

6、證果枝位移，仿真結(jié)果正確。田間采收試驗(yàn)時(shí)采收效率為60.6m2/h，采收率達(dá)到92.4％，振后果枝無損傷，采收滿足生產(chǎn)需要。
　　設(shè)計(jì)了一種輕簡化的漿果收集裝置，分析了車架的受力狀態(tài)和收集臺(tái)的工作狀態(tài)。對機(jī)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行分析、校核。收集平臺(tái)采用四桿機(jī)構(gòu)，在收集、行走兩種工作狀態(tài)下，收集平臺(tái)與地面的傾斜角變化為5.3°，利于收集小漿果，同時(shí)利用采集平臺(tái)重心位置的變化保證其具有確定的工作位置。
　　本文研究為我國小漿果振