柑橘振动采收的仿真与试验研究

发布时间：2020-04-27 22:51

【摘要】：柑橘是我国南方的重要水果之一,但是目前柑橘收获的机械化水平不高,采收用工量很多,劳动强度大,采收成本过高。为了提高劳动生产效率,降低柑橘的采收成本,本文将对柑橘振动采收进行研究。首先通过建模、仿真比较了树干振动和树冠振动两种柑橘收获方式。在树干振动中将振动收获系统简化为拖拉机、振动机构、树干和果实四个部分,建立树干振动系统的数学模型并进行数值分析;在树冠振动中基于直梁横向受迫振动理论和简谐位移驱动下的单摆摆动理论,建立树冠振动系统的数学模型。根据数学模型我们发现树冠振动效果的影响因素主要有激振频率、力的作用点以及果梗长度等。通过比较,发现树冠振动不但能够实现连续采收,而且工作参数更易于调整。因此论文拟选定树冠振动作为接下来的主要内容进行研究。为了深入分析和仿真柑橘树冠振动采收过程,第三章测试并分析了果柄分离力与拉力角间的关系,发现拉力角对果柄分离力有显著影响,并且随着拉力角增大,果柄分离力会逐渐降低,结果表明果柄分离力的临界值为40N。论文还测量了柑橘树枝的力学特性和含水率、密度等物理参数。第四章基于Ansysworkbench对树冠振动的简化模型进行动力学分析,先通过预应力模态分析确定固有频率范围,然后利用谐响应分析确定树冠振动的理想激振频率和作用点。仿真结果表明:果-柄节点的应力值随振动频率的增大而增大,在5~6Hz时达到最大值,之后开始下降,当频率为4~7Hz时振动效果较好;力的作用点越靠近主枝与果柄的结点,果-柄节点应力值越大,振动效果也越好。通过振动试验发现:(1)当振动频率范围在4~5Hz时,振动效果较好;(2)激振力的作用点靠近果柄与树枝的节点时,树冠振动效果更好。仿真和实验结果拟合度较高,这为振动频率等参数的选择提供了参考依据。第五章开发了一套简易的树冠振动装置,用于分析振动激励机构的运动链,并根据分析结果开发了一台树冠振动收获试验机。第六章用树冠振动收获试验机在柑橘果园里做了一系列树冠振动试验,试验果树为随机选取,试验结果表明:1)树枝的直径会对其加速度产生一定的影响,当树枝的直径明显较小时,振动时的加速度明显较大;2)拥有较短果柄的果实比拥有较长果柄的果实更容易掉落,当果柄较长的果实脱落时,在掉落时会残留着一段断裂的果柄;3)振动杆的刚度越大,树枝的加速度就越大;4)加速度沿着作用点往树枝与果柄的结点方向变化很小,同时还发现果实的加速度相比于树枝明显要小。试验结果为树冠振动收获系统的参数设置提供了思路。
【图文】：

气力式收获机

葡萄收获机正面与背面图
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S225.93

【参考文献】

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本文编号：2642738