核桃樹體建模及其果實采摘機(jī)設(shè)計.pdf

1、國內(nèi)林果產(chǎn)業(yè)近年來迅速發(fā)展，特別是核桃產(chǎn)業(yè)有著巨大的發(fā)展，核桃種植面積和產(chǎn)量都在世界的前列。由于我國特殊的的種植地形所以在核桃采摘季節(jié)時對機(jī)械采收機(jī)的作業(yè)水平要求較高，然而目前國內(nèi)大多利用效率較低的人工采摘作業(yè)方式造成了豐收不豐收的問題。再者國內(nèi)引進(jìn)國外的大型設(shè)備不能適應(yīng)我國矮化密集型的核桃種植模式，在這全球各行各業(yè)迅速發(fā)展充滿競爭的時代，研制適合國內(nèi)種植模式的偏心式振動核桃采摘機(jī)對于核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重大的意義。
　　本文基于理

2、論力學(xué)原理，建立起具有阻尼系統(tǒng)和彈性系統(tǒng)的采摘機(jī)—樹體的振動模型并列出了動力學(xué)方程。通過果實果柄受力分析計算出核桃果體與果樹分離的落果條件。根據(jù)核桃果樹的形態(tài)和生物學(xué)特性對果樹樹體進(jìn)行Pro/e三維建模，首次將果實和果柄元素加入到建模中，然后把模型導(dǎo)入Ansys軟件中進(jìn)行模態(tài)分析和諧振分析,研究夾持高度及施加激振力與樹體形變響應(yīng)的關(guān)系,得出較適宜采摘高度為距地面900mm左右處及適宜激振力為3000N左右。還通過選取合適采摘點和激振力研

3、究果柄處的受力響應(yīng)分析不同核桃成熟度所適合的采摘頻率，其結(jié)論為果實在7成熟時最佳的采摘頻率為28.6Hz，8成熟為26.3Hz，9成熟為24.0Hz，完全成熟為21.3Hz。以上述分析作為依據(jù),進(jìn)行偏心式核桃振動采摘機(jī)設(shè)計。
　　采摘機(jī)主要包括偏心激振器、夾持裝置、多自由度機(jī)械采摘手臂和行走系統(tǒng)。重點對關(guān)鍵零件偏心塊進(jìn)行設(shè)計并對其進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析。根據(jù)采摘的需求偏心塊的偏心距設(shè)計為10.25kg?m。將夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計成環(huán)抱式

4、夾持以實現(xiàn)增大與樹干的接觸面積來減少對樹皮的損傷。采摘手臂設(shè)計成6自由度，實現(xiàn)大范圍高效采摘。設(shè)計履帶式獨立行走裝置來適應(yīng)地形和在矮化密集型種植模式下作業(yè)。通過對偏心塊的靜力學(xué)和模態(tài)分析驗證了核心部件設(shè)計的可行性并對采摘機(jī)進(jìn)行裝配及繪制出液壓控制系統(tǒng)圖。最終對采摘機(jī)—樹體進(jìn)行ADAMS動態(tài)仿真,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動偏心塊運轉(zhuǎn)速度相同時樹干質(zhì)心的加速度比轉(zhuǎn)速不同時要大,故得出轉(zhuǎn)速相同時能量轉(zhuǎn)化率高于轉(zhuǎn)速不同時的轉(zhuǎn)化率,從運動軌跡而言轉(zhuǎn)速相同的情況比轉(zhuǎn)