酿酒葡萄振动分离机理及装置的研究

发布时间：2017-09-04 12:25

  本文关键词：酿酒葡萄振动分离机理及装置的研究

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【摘要】：新疆独特的光热和水土条件非常适合葡萄的生长,生产的葡萄具有品质好、单产高、营养丰富等特点,具有其他葡萄产区无法比拟的独特优势。近年来,新疆依托优势资源进行农业结构调整,酿酒葡萄种植面积、产量大幅提高,但目前葡萄收获还完全依靠人工,严重阻碍了酿酒葡萄产业的发展,迫切需要采收的机械化。以新疆种植面积最大的赤霞珠为研究对象,针对酿酒葡萄多主蔓扇形树形、长宽叶幕形的生长与管理特点,对振动分离机理进行了研究,获得了葡萄果-蒂振动分离条件,设计试制出了振动分离装置,并进行了试验研究,试验结果表明振动分离装置满足工作要求。研究结果为新疆酿酒葡萄采收机械化奠定了理论和技术基础。主要研究内容及结论：(1)针对新疆酿酒葡萄的多主蔓扇形树形、高宽单壁直立叶幕形等栽培管理特点进行了研究,获得了酿酒葡萄种植行距L=3.0～3.3 m,叶幕形高度H2=1.5～2.0m,宽度W=0.8m,修剪高度H1=0.5 m,葡萄串在垂直方向分布范围为500～1600mm；试验研究了葡萄果-蒂连接力,确定了果-蒂连接力范围为5～13N,为装置外形尺寸设计及葡萄振动分离机理的揭示奠定了基础。(2)为了研究葡萄振动分离机理,在假设葡萄果粒的主要运动形式为摆动的基础上,建立了酿酒葡萄果粒振动学模型,分析了葡萄粒运动时受力情况,得到了葡萄果-蒂分离的临界条件m0A2ω2l'-1cos2ωtF0;搭建了针对单串葡萄的振动分离率测定装置,进行了正交试验,试验结果表明：影响酿酒葡萄分离率显著因子的主次顺序为偏心距离、摇杆长度和电机转速,并在分离率最优条件下,结合临界条件获得了单串葡萄振动时果-蒂分离的频率范围为2.11～3.69Hz、葡萄穗梗处的振幅为169.8mm,为振动分离装置工作参数设定提供了依据。(3)在获得单串葡萄振动时果-蒂分离的频率和振幅的基础上,设计了基于葡萄藤蔓振动的酿酒葡萄振动分离装置,其驱动部件为一对曲柄呈180°的RSSR空间四杆机构,工作部件为多组对称双摇杆平面四杆机构构成,四杆机构的两对置肋条组件间距可调以适应不同叶幕宽度的酿酒葡萄；分析了分离装置工作原理及调节方法,分别利用当量平面法和复数矢量法对驱动部件及平面双摇杆机构进行了运动学分析,得到肋条角位移及角速度理论关系方程；确定了RSSR空间四杆机构偏心距L1=15mm、动力源转速为450～750 r/min、肋条有效振动长度为850mm。利用ADAMS软件,对振动分离机构进行了运动学仿真验证,结果表明可以满足酿酒葡萄振动分离的需求。(4)研制了振动分离装置物理样机,并针对带葡萄串的藤蔓进行了试验研究,方差分析表明电机转速和枝条装夹位置是影响分离率的极显著因素,振动摇杆长度影响不显著；获得了酿酒葡萄振动分离装置的最优工作参数组合为电机转速750 r/min,枝条装夹位置550mm,振动摇杆长度125mm,采净率为95.42%;利用高速摄像系统对酿酒葡萄的分离过程进行了分析,在最优参数组合条件下,仿真模型与实际运动角速度、角加速度曲线吻合较好,验证了装置作业机理的合理性。
【关键词】：酿酒葡萄 收获 振动 分离机理 果-蒂分离
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S225.93
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 林果振动式收获机械12-13
• 1.2.2 酿酒葡萄收获机械及其振动分离机构13-17
• 1.2.3 振动分离影响因素17-18
• 1.3 课题的提出18
• 1.4 论文的主要研究内容18-19
• 1.5 研究方法及技术路线19-21
• 1.5.1 研究方法19
• 1.5.2 研究技术路线19-21
• 第二章 酿酒葡萄种植特点与物理机械特性21-31
• 2.1 新疆酿酒葡萄种植特点21-23
• 2.2 酿酒葡萄基本参数测定23-24
• 2.2.1 试验目的23
• 2.2.2 试验方法23
• 2.2.3 结果与分析23-24
• 2.3 果穗垂直方向分布规律试验研究24-26
• 2.3.1 试验目的24
• 2.3.2 试验方法24
• 2.3.3 结果与分析24-26
• 2.4 酿酒葡萄果-蒂连接力试验研究26-29
• 2.4.1 试验目的26
• 2.4.2 试验仪器及方法26-28
• 2.4.3 结果与分析28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 酿酒葡萄振动分离机理的研究31-41
• 3.1 葡萄果粒振动学模型31-33
• 3.2 葡萄果-蒂分离条件分析33-34
• 3.3 单串葡萄果-蒂振动分离试验34-38
• 3.3.1 振动分离率测定装置34-36
• 3.3.2 试验材料与方法36
• 3.3.3 试验设计36-37
• 3.3.4 结果与分析37-38
• 3.4 本章小结38-41
• 第四章 酿酒葡萄振动分离装置的设计41-61
• 4.1 振动分离装置的技术要求41
• 4.2 振动分离装置原理及结构41-46
• 4.2.1 振动分离机构41-42
• 4.2.2 振动分离装置原理42-43
• 4.2.3 振动分离装置结构43-46
• 4.3 振动分离装置运动学分析46-51
• 4.3.1 RSSR空间四杆机构运动分析47-48
• 4.3.2 平面双摇杆机构运动分析48-51
• 4.4 装置的运动仿真分析51-53
• 4.4.1 振动分离装置虚拟模型的建立51-53
• 4.4.2 振动装置振幅仿真分析53
• 4.5 振动装置机架有限元分析53-58
• 4.5.1 机架模态分析54-57
• 4.5.2 机架静力分析57-58
• 4.6 本章小结58-61
• 第五章 酿酒葡萄振动分离试验研究61-69
• 5.1 物理样机的研制61
• 5.2 参数优化试验61-63
• 5.2.1 试验目的与实验材料61-62
• 5.2.2 仪器与设备62
• 5.2.3 试验指标62-63
• 5.2.4 试验设计63
• 5.3 结果与分析63-65
• 5.4 仿真与高速摄像分析65-67
• 5.4.1 仿真65
• 5.4.2 高速摄像分析65-67
• 5.5 本章小结67-69
• 第六章 结论及展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 创新点70
• 6.3 展望70-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-79
• 作者简介79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 赵中华;;新疆葡萄生产机械应用现状及发展方向[J];农业技术与装备;2008年04期

2 王静;廖庆喜;田波平;廖宜涛;吴福通;;高速摄像技术在我国农业机械领域的应用[J];农机化研究;2007年01期

3 石玉秋;马兆敏;黄玲;胡波;;收获机器手定位技术的研究进展[J];农机化研究;2010年04期

4 王军;段长青;;欧亚种葡萄(Vitis vinifera L.)的驯化及分类研究进展[J];中国农业科学;2010年08期

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本文编号：791551