柑橘振動(dòng)采收的仿真與試驗(yàn)研究.pdf

1、柑橘是我國南方的重要水果之一，但是目前柑橘收獲的機(jī)械化水平不高，采收用工量很多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，采收成本過高。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低柑橘的采收成本，本文將對柑橘振動(dòng)采收進(jìn)行研究。
　　首先通過建模、仿真比較了樹干振動(dòng)和樹冠振動(dòng)兩種柑橘收獲方式。在樹干振動(dòng)中將振動(dòng)收獲系統(tǒng)簡化為拖拉機(jī)、振動(dòng)機(jī)構(gòu)、樹干和果實(shí)四個(gè)部分，建立樹干振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值分析；在樹冠振動(dòng)中基于直梁橫向受迫振動(dòng)理論和簡諧位移驅(qū)動(dòng)下的單擺擺動(dòng)理論，建立樹冠振

2、動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)數(shù)學(xué)模型我們發(fā)現(xiàn)樹冠振動(dòng)效果的影響因素主要有激振頻率、力的作用點(diǎn)以及果梗長度等。通過比較，發(fā)現(xiàn)樹冠振動(dòng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)采收，而且工作參數(shù)更易于調(diào)整。因此論文擬選定樹冠振動(dòng)作為接下來的主要內(nèi)容進(jìn)行研究。
　　為了深入分析和仿真柑橘樹冠振動(dòng)采收過程，第三章測試并分析了果柄分離力與拉力角間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)拉力角對果柄分離力有顯著影響，并且隨著拉力角增大，果柄分離力會(huì)逐漸降低，結(jié)果表明果柄分離力的臨界值為40N。論文還測

3、量了柑橘樹枝的力學(xué)特性和含水率、密度等物理參數(shù)。
　　第四章基于 Ansysworkbench對樹冠振動(dòng)的簡化模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，先通過預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析確定固有頻率范圍，然后利用諧響應(yīng)分析確定樹冠振動(dòng)的理想激振頻率和作用點(diǎn)。仿真結(jié)果表明：果-柄節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值隨振動(dòng)頻率的增大而增大，在5~6Hz時(shí)達(dá)到最大值，之后開始下降，當(dāng)頻率為4~7Hz時(shí)振動(dòng)效果較好；力的作用點(diǎn)越靠近主枝與果柄的結(jié)點(diǎn)，果-柄節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值越大，振動(dòng)效果也越好。通過振動(dòng)試

4、驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：（1）當(dāng)振動(dòng)頻率范圍在4~5Hz時(shí)，振動(dòng)效果較好；（2）激振力的作用點(diǎn)靠近果柄與樹枝的節(jié)點(diǎn)時(shí)，樹冠振動(dòng)效果更好。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合度較高，這為振動(dòng)頻率等參數(shù)的選擇提供了參考依據(jù)。
　　第五章開發(fā)了一套簡易的樹冠振動(dòng)裝置，用于分析振動(dòng)激勵(lì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈，并根據(jù)分析結(jié)果開發(fā)了一臺(tái)樹冠振動(dòng)收獲試驗(yàn)機(jī)。第六章用樹冠振動(dòng)收獲試驗(yàn)機(jī)在柑橘果園里做了一系列樹冠振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)果樹為隨機(jī)選取，試驗(yàn)結(jié)果表明：1）樹枝的直徑會(huì)對其加速度產(chǎn)生一定的