手持摇枝式酸枣振动采摘装置设计与试验

针对酸枣收获过程中人工采收效率低、大型机械采收困难等问题,设计了手持摇枝式酸枣振动采摘装置。通过建立酸枣“果实-枝条”单摆动力学模型,分析受迫振动下果实脱落条件,求解动力学模型,确定影响酸枣采摘效果的主要影响因素为振动频率、振幅、夹持位置;利用ANSYS仿真软件对酸枣植株模型进行自由模态响应与谐响应分析,结果表明:当振动频率为4~12 Hz、振幅为10~20 mm、夹持位置为0.3~0.7时,主枝、挂果枝位移明显且对树体损伤较小。为确定采摘装置最佳工作参数,以酸枣摘净率为评价指标,进行三因素三水平振动采摘试验,得到酸枣摘净率和各影响因素的数学回归模型,利用Design-Expert软件对试验数据和响应曲面进行分析优化,确定最佳工作参数组合为:振动频率5.91 Hz、振幅15.30 mm、夹持位置0.45,此时酸枣摘净率为93.33%,验证试验表明,酸枣摘净率为94.18%,与优化值接近,模型优化可靠。

轻简式油茶侧枝夹持振动采摘装置研究

针对油茶树成林后立地条件复杂,采摘机械作业空间小,中、大型机械化采摘作业难等问题,基于油茶侧枝水平夹持振动采摘工作原理,设计一种轻简式油茶果侧枝夹持振动采摘装置。根据振动装置采摘原理与试验相结合的分析方法,建立油茶果振动力学模型,分析对油茶果采摘效果产生影响的主要因素。以树枝直径、激振机构振幅、频率为试验因素,将油茶果采净率和花苞损伤率作为试验指标,开展油茶果振动采摘试验。结果表明,激振机构振动频率对油茶果采净率、花苞损伤率影响均为最显著。当树枝直径为16 mm、激振机构振幅为40 mm、振动频率为16 Hz,对应的油茶果采净率为85.70%,花苞损伤率为4.45%,采摘效果最佳,基本符合采摘要求。

国外酿酒葡萄收获机振动采摘部件结构及应用现状

介绍了国外适于机械化收获的酿酒葡萄栽培架式的特点,并对其相应收获机振动采摘部件的类型及结构特点进行了阐述;着重对中枢型振动采摘部件的结构形式、特点及改进方式进行了分析,提出了在双点支撑式中枢型的基础上,采用改变肋条形状,驱动部分后置改进方式对采摘部件进行重新设计的建议,以满足我国具有宽行、穗多等特点的酿酒葡萄的采摘,为葡萄收获机国产化研究提供一定的参考依据。

基于振动采摘的苹果树枝干动力学特性

利用合理频率实现苹果的振动采摘,可提高采摘效率,大大减轻苹果及枝条的损伤,有利于苹果的存储及运输。基于小变形理论,在欧拉-伯努利梁理论基础上,采用基于地面的三维激光扫描仪和基于标靶球的KD-trees-ICP算法,建立果树的动力学模型。应用有限元方法,建立苹果树枝干更精确的有限元模型并进行仿真分析,得到了苹果树固有频率及不同振动频率下不同直径枝条的频率响应曲线。研究结果表明:激振力作用下,枝条的振动具有一定的不相关性,且随着激振频率的增加,振动动能的传输更有效;通过模态分析,得到苹果树前12阶固有频率为1.92~5.35 Hz;谐响应分析中,把枝条归纳成Φ5~11 mm和Φ12~15 mm两种直径范围,并得到了两种直径范围枝条的最佳激振力频率分别为2.08和4.48 Hz。现场试验表明,不同直径枝条的共振频率与仿真得出的固有频率相对应,且数值很接近,最大偏差为3.7%,验证了仿真模型中除去二级枝条及其上苹果的简化处理的合理性及应用文中所述的仿真方法得到的最佳振动频率的准确性。研究结果可为苹果的振动采摘和采摘设备的研发提供理论基础。

桑葚振动采摘参数的试验研究

我国大部分桑葚种植于山丘地区,存在采摘作业环境复杂、劳动强度大、人力支出费用高昂等问题。因此,必须对桑葚的脱落特性进行试验研究,探寻桑葚振动采摘的适宜参数,为实现桑葚的机械化采收提供指导,以此促进桑葚产业的健康发展。通过高速相机设备及东华动态测试系统对桑葚的振动脱落规律进行研究,探寻桑葚振动采收的最佳振动参数。试验结果表明:桑葚在振幅为18mm、转速为1 700r/min、主振频率为28Hz时,果实获得最佳的采摘率,且果树树体无损伤,无生果落果;过大的振幅将引起果树树干的剧烈振动,同时生果将随熟果一起脱落;过大的振动频率将对树体造成破坏,振动装置与树体的接触部位出现明显损伤;过小的频率或振幅所获得果实收获率较低。

不同成熟度核桃振动采摘的最佳频率和振幅的研究

以核桃果实的振动采摘为研究对象,运用Pro/E软件对核桃树体进行三维实体建模,模型重点是同时将果柄和果实加入实体建模中;进而把带有果实和果柄的树体,导入Workbench中进行模态分析,得到树体的固有频率和振型。然后,进行谐响应分析。在合适的树体激振高度,施加大小一定但频率不同的激振力,针对多个具有代表性的果柄处进行响应分析,从而得到振动采摘不同成熟度核桃,即果柄联接度不同时所对应的最佳采摘频率,为振动采摘机械的整体设计提供参考。

摇枝式加工型苹果采摘振动参数仿真优化与试验

为探究不同振动参数组合对苹果采摘效果的影响,建立苹果树二级树枝振动力学模型,解析分析得到影响苹果脱落的主要因素为振动频率、振幅及夹持位置。测量苹果树形态特征并基于矮砧密植整形原理建立纺锤形苹果树三维模型,利用ANSYS软件对苹果树模型进行有限元仿真分析,仿真结果表明,振动频率4~8 Hz、振幅20~30 mm、夹持位置0.35l~0.65l(l为二级树枝长度)时,对果树损伤较小且苹果易脱落。设计四因素三水平振动采摘试验,以确定苹果树不同位置树枝最佳的振动参数组合,利用Design-Expert软件对试验数据进行分析和响应面优化,参数优化结果为:采摘苹果树上层苹果时,振动频率为5 Hz,振幅为28 mm,夹持位置为0.40l;采摘苹果树中层苹果时,振动频率为4 Hz,振幅为30 mm,夹持位置为0.43l;采摘苹果树下层苹果时,振动频率为8 Hz,振幅为20 mm,夹持位置为0.65l;通过验证试验得到苹果树上层、中层、下层摘净率为96.4%、94.8%、93.2%,与优化值相近,表明优化模型可靠。

基于ANSYS Workbench和ADAMS的振动式花椒采摘机仿真分析及参数优化

花椒是我国十分重要的经济作物,目前存在着采摘难、效率低、易伤手等问题,针对这些问题,本文提出了基于下桩采摘法的振动式花椒采摘方法,设计了一种振动式花椒采摘机,通过ADAMS软件对花椒枝和花椒果进行柔性体建模,采用广义力与传感器结合的方式控制花椒果在振动过程中的脱落;对采摘机的传动机构和花椒果在振动过程中的受力情况进行理论分析以确定待优化参数,并使用ADAMS对采摘机进行运动学验证;通过ANSYS Workbench软件对采摘机振动台进行模态分析使激励频率避开固有频率,从而避免共振发生;使用ADAMS进行虚拟正交仿真试验,并对仿真试验结果进行极差分析和方差分析,获得采摘机最优结构和工作参数.试验表明,在振动频率为40 Hz、曲柄长度为250 mm、夹持高度为300 mm时脱落率最高.

振动式枸杞采摘机设计

针对目前我国枸杞采摘的效率低下、劳动力需求大等问题,设计一种振动式枸杞采摘机。整机由振动采摘装置、收集装置和输送装置等关键部件组成,振动采摘装置采用曲柄滑块机构作为激振源。通过对枸杞植株的模态分析,结合曲柄滑块机构的运动分析,确定适宜的振动频率为20Hz,振幅为50mm。此工作参数下,枸杞采摘机的振动加速度,使枸杞熟果产生的惯性力大于果柄连接力,青果产生的惯性力小于果柄连接力,满足采摘要求。研究可为枸杞果实的机械化采收提供一定参考。

振动式林果采摘机采摘臂动力学仿真分析

应用三维建模软件Pro/E构建振动式林果采摘臂虚拟样机模型,然后将模型导入仿真软件ADAMS中建立动力学模型,并进行采摘臂动力学仿真计算。同时,分析了采摘臂在采摘头定位以及振动过程中所受的力及力矩特性,验证了采摘臂的设计能够满足要求,并为振动式林果采摘机的物理样机优化设计提供理论参考。

基于Pro/E振动式油茶果采摘机的运动仿真及分析

介绍了油茶果采摘机的现状,以及对一种振动式油茶果采摘机的执行机构进行运动仿真的整个过程。重点介绍了利用Pro/E对各零部件的装配连接及驱动器的添加来构建机构运动学仿真模型,创建并运行运动分析,确定了执行机构运动过程和工作范围,得到了振动采摘头末端一点的运动位置和速度的曲线图,为后续振动式采摘机改进和完善的研制提供了理论依据。

振动式蓝莓采摘机槽型凸轮传动装置的设计与分析

为研制振动式蓝莓采摘原理样机,对蓝莓采摘机的凸轮传动装置进行设计与分析,选择凸轮结构类型及轮廓曲线种类,建立凸轮曲线方程。在MATLAB环境下,依据槽型凸轮设计参数对其进行运动学、动力学仿真分析,以此为基础研制蓝莓采摘原理样机。并对槽型凸轮传动装置运行卡点问题进行研究,提出解决方法:将凸轮滚子双边倒角,并使其能够绕轴转动。经测试,修整后的采摘装置运行平稳,满足振动式蓝莓采摘机设计要求。

双体多向型激振装置参数研究

为提高果树振动采摘响应均匀性,同时提高果实采收效率、降低能耗、减少果树与果实的损伤,设计一种双体多向型激振装置,主要由偏心块、传动齿轮、传动轴、箱体等组成。建立振动装置-果树振动系统,并分析6种不同的偏心块转速比与偏心矩比组合产生的非圆周载荷效果。首先,采用多视角三维重建技术获取果树三维模型;然后,运用ANSYS进行果树谐响应分析得到激振装置的最佳工作频率;最后,运用ADAMS建立果树动力学仿真模型,比较非圆周载荷、直线载荷、圆周载荷下的果树加速度响应。仿真结果表明:当两偏心块转速比为3∶1、偏心矩比为1∶1时,果树在非圆周载荷下的加速度响应均值为194.35 m/s^(2),高于直线载荷下的(186.28m/s^(2)),略低于圆周载荷下的(204.41 m/s^(2));非圆周载荷的加速度响应变异系数为0.575,低于直线载荷的(0.625)和圆周载荷的(0.622),说明非圆周载荷有更均匀的加速度响应。田间试验表明,该装置的采摘率为92.2%,果实损伤率为4.6%,优于单偏心激振装置。

基于能量传递规律的油茶树冠层振动参数优化与试验

油茶作为中国特有的木本油料作物,在空间上具有复杂的分枝结构,不同品种树体的形态结构和力学性能差异明显。为了研究油茶树在冠层振动采摘油茶果过程中能量传递规律以及获得最佳激振参数,本文建立5自由度油茶树的质量-弹性-阻尼动力学模型并测量和计算等效参数;以不同激振参数为输入,通过Matlab软件对动力学模型进行仿真,并设计二次旋转正交组合试验,仿真结果表明,油茶树各级枝之间能量传递过程中损失严重,从激振力所作用的枝条传递到路径末枝时能量剩余不到20%;且油茶树各级枝的动能峰值出现的时间具有滞后性,越靠近激振点的动能峰值出现越早。由于油茶树各级枝间能量传递损失严重,将一棵树进行2~3次振动采摘。利用Design-Expert 11.0.4软件的优化模块对激振参数进行优化求解,以一部分侧枝动能最大,主干动能最小为目标函数时,最佳振动参数组合为振动时间7.14 s、振动频率7.18 Hz、振幅52.41 mm;通过田间试验对油茶树能量传递规律进一步研究发现,能量沿着树枝内部传递时与各级枝之间的传递规律相同,即动能与传递距离成反比,传递的距离越远动能越小。并对仿真结果进行验证:田间试验结果与仿真结果的相对误差在10%以内,说明该动力学模型具有较高的可靠性;振动采摘部分的油茶果实和花苞平均脱落率分别为90.53%、14.39%,采摘效果较好,证明了从能量传递角度对激振参数优化的可行性。本文建立的动力学模型和预测的最佳振动参数组合可以为油茶果机械化采摘作业的工作参数设置提供参考。

基于双摆模型的油茶果冠层振动参数优化与试验

为研究振动参数对油茶果采摘的影响,本文建立了油茶"果实-枝条"双摆动力学模型,通过求解动力学模型得出系统固有频率为0.42、7.18 Hz;根据对油茶果实和花苞受力分析,得出油茶果实和花苞振动脱落所需的平均加速度分别为427.15、1936 m/s^(2);利用ADAMS动力学仿真软件对油茶果冠层振动采摘进行了仿真试验,利用Design-Expert 11.0.4软件对试验数据进行分析和优化并进行田间试验验证,理论优化结果为振动时间8.09 s、振动频率8.15 Hz、振幅50 mm时,油茶果实采收率为93.41%,油茶花苞损伤率为14.10%。田间试验结果表明,针对湘林210品种油茶树,当冠层振动时间8 s、振动频率8 Hz、振幅50 mm时,油茶果实采收率和花苞损伤率平均值分别为92.37%、14.38%,与理论优化值的差值分别为1.04、0.28个百分点。

自走式枸杞振动采收机设计与试验

通过建立果树系统的振动力学模型,得出收获期枸杞挂果枝固有频率范围为2.5~11.6 Hz,确定振动采摘枸杞激振设备振幅为15~80 mm、频率范围为2.5~11.6 Hz、单个振动杆安装圆盘上的振动杆安装数量为4~12个,基于此设计出一种自走式枸杞振动采收机,通过田间试验研究了振幅、频率、振动杆数量对成熟枸杞果实的采净率、损伤率、青果错采率的影响。利用Design-Expert 8.0.6软件统计优化采收相关参数,获得最佳因素参数组合为:偏心盘转速140 r·min^(-1),振幅70 mm,振动杆数量10个。通过田间验证试验,得出在上述条件下成熟枸杞采净率的最小值为86.26%,最大值为96.21%,平均值为91.23%;青果错采率的最小值为0.48%,最大值为5.80%,平均值为3.14%;成熟枸杞损伤率的最小值为0.84%,最大值为2.87%,平均值为1.85%。试验证明在最佳参数组合下枸杞的综合采收效果已满足设计要求。

海棠果树冲击振动动态特性的研究

为研究振动时能量传播的途径、方式以及树干、树枝各点的动态响应,进而为振动采摘果实提供必要的理论依据。将树干部分简化为圆柱弹性悬臂梁的力学模型,建立振动方程,对方程进行仿真运算,并结合试验所得结果进行对比分析。通过理论仿真运算可得,树干上各监测点的振动周期随距激振源距离的增大而增大;各监测点处加速度呈现的是简谐振动曲线,且监测点2的振动周期约为0.017 s;将树干视为等截面圆柱梁时,波在其上的传播速度基本恒定不变,约为100 m/s。试验中,各监测点处加速度呈现的是衰减振动曲线,且监测点2的振动周期约为0.028 s;波在树枝上的传播速度随其直径的减小而减小。激振源距树枝上各监测点的距离对其振动周期有较大的影响,且对于同一树干、树枝,振动周期随监测点距激振源距离的增大而增大;振动速度、加速度在树枝中是以波的形式传播的,树枝的直径对波的传播有较大的影响,且波的传播速度与树枝直径成正相关。

振动式苹果采摘机的结构设计与试验

针对我国现有苹果采摘自动化程度低、人工成本高、采摘时间长等问题,本文以苹果树为研究对象,旨在设计一款针对苹果采摘的树干式振动采摘机,以提高苹果采摘作业的效率,解决当下产量低等问题。首先,测量苹果树及其果实的生物学特性的数值,并取具有代表性的数值进行记录。其次,提出苹果采摘机的总体设计方案,确定采摘机物理尺寸,对采摘机重要单元进行结构设计,并利用Solid Works对整个苹果采摘机结构进行三维建模,对其关键部件进行模态分析和应力分析,确定其可以正常进行采摘作业。最后,通过加速度传感器对苹果树侧枝点进行加速度数据采集,通过计算确定满足果梗断裂条件。试验表明:苹果在振动式苹果采摘机的激振力作用下,侧枝点所获得的加速度可以使果梗脱落,从而实现对苹果的采摘作业。

基于ADAMS的蓝莓果实收获碰撞仿真与分析

振动式蓝莓采摘机采摘蓝莓的过程中,果实发生跌落碰撞。果实收获过程中的碰撞分析对预测和评价果实质量具有重要的作用。本研究结合国内研发的蓝莓采摘机的结构,分析了蓝莓果实跌落的轨迹和碰撞过程,得到了碰撞接触力公式。根据采摘机和蓝莓果树的参数,用ADAMS对采摘机和果实进行了简化建模,并进行了碰撞仿真,得到了碰撞接触力大小的范围。根据已经得到的接触力计算公式,可以用接触力大小来预测和评价收获到的蓝莓果实的质量。