基于恒力机构的香蕉落梳装置设计与自适应性分析

针对香蕉机械化落梳过程中出现的自适应性差的问题,设计了基于恒力机构的可自适应环抱蕉茎插切式香蕉落梳装置,并对落梳装置的径向自适应性和转动自适应性进行了分析。采用两斜置压缩弹簧的结构,引入负刚度,再与正刚度的水平压缩弹簧并联组成恒力机构,提高了落梳刀具组对果轴粗细的径向自适应性,对恒力机构的力位移特性曲线和刚度位移特性曲线进行分析,并优选关键参数,得出斜置压缩弹簧的刚度系数k1=12N/mm,水平压缩弹簧的刚度系数k2=3N/mm,初始状态斜置压簧的倾斜角θ0=36.87°,恒力行程对应的落梳刀组包络圆直径范围为80~100mm,对应的恒力f=180N。在加载有扭簧的虎克铰链基础上设计了可释放两个转动自由度的落梳刀盘,根据测定的香蕉果轴弯曲度设置刀盘旋转角范围为±10°,根据建立的三维模型中的几何参数得出,落梳刀具末端的工作空间是一个半径为300mm的球面。对落梳刀具末端的柔度矩阵进行分析,结果显示,落梳刀盘旋转角为0°,即刀盘与机架上底面平行时线柔度最大,最大值为0.8182mm/N,落梳刀盘旋转角为10°时线柔度最小,最小值为0.77mm/N,说明落梳刀具末端的线柔度随刀盘旋转角的增大而减小。试验结果表明,梳柄切口符合试验指标的蕉梳占所有样本的81.25%,切口质量良好,该装置设计合理,且满足实际落梳作业的要求。