柑橘振動采收的仿真與試驗研究.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械化水平不高，采收用工量很多，勞動強度大，采收成本過高。為了提高勞動生產(chǎn)效率，降低柑橘的采收成本，本文將對柑橘振動采收進行研究。
　　首先通過建模、仿真比較了樹干振動和樹冠振動兩種柑橘收獲方式。在樹干振動中將振動收獲系統(tǒng)簡化為拖拉機、振動機構(gòu)、樹干和果實四個部分，建立樹干振動系統(tǒng)的數(shù)學模型并進行數(shù)值分析；在樹冠振動中基于直梁橫向受迫振動理論和簡諧位移驅(qū)動下的單擺擺動理論，建立樹冠振

2、動系統(tǒng)的數(shù)學模型。根據(jù)數(shù)學模型我們發(fā)現(xiàn)樹冠振動效果的影響因素主要有激振頻率、力的作用點以及果梗長度等。通過比較，發(fā)現(xiàn)樹冠振動不但能夠?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作為接下來的主要內(nèi)容進行研究。
　　為了深入分析和仿真柑橘樹冠振動采收過程，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對樹冠振動的簡化模型進行動力學分析，先通過預應力模態(tài)分析確定固有頻率范圍，然后利用諧響應分析確定樹冠振動的理想激振頻率和作用點。仿真結(jié)果表明：果-柄節(jié)點的應力值隨振動頻率的增大而增大，在5~6Hz時達到最大值，之后開始下降，當頻率為4~7Hz時振動效果較好；力的作用點越靠近主枝與果柄的結(jié)點，果-柄節(jié)點應力值越大，振動效果也越好。通過振動試

4、驗發(fā)現(xiàn)：（1）當振動頻率范圍在4~5Hz時，振動效果較好；（2）激振力的作用點靠近果柄與樹枝的節(jié)點時，樹冠振動效果更好。仿真和實驗結(jié)果擬合度較高，這為振動頻率等參數(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裝置，用于分析振動激勵機構(gòu)的運動鏈，并根據(jù)分析結(jié)果開發(fā)了一臺樹冠振動收獲試驗機。第六章用樹冠振動收獲試驗機在柑橘果園里做了一系列樹冠振動試驗，試驗果樹為隨機選取，試驗結(jié)果表明：1）樹枝的直徑會對其加速度產(chǎn)生一定的