振动式枸杞采摘机构的设计与试验

摘要

近年来，随着科学研究的不断深入，枸杞在抗氧化、抗衰老、抗疲劳等方面所具有的特效功能被进一步证实，其独特而丰富的营养保健功效在西方国家逐渐得到认可，枸杞的市场需求逐年扩大。数百年来，枸杞的机械化采摘一直是个难题，枸杞鲜果采摘一直依靠人工，采摘效率低，采摘成本高。随着枸杞种植面积的不断扩大，采果工将会更加紧缺，随之而来的采摘费用也在不断攀升，采摘问题成了制约枸杞产业持续发展的瓶颈。为了实现枸杞机械化采摘，该文研究了枸杞振动采摘机理、测定枸杞相关基础参数、采用数值模型和有限元模型优化采摘参数、设计制作样机并试验，以寻求合理的振动采摘参数。
　　论文对枸杞采摘相关物理参数进行测量，利用电子设备对枸杞挂果枝条茎秆各节段、各个节点处果柄分别进行轴向压缩、径向压缩、径向三点弯曲力学参数测量试验。最后根据茎秆和果柄正交各向异性材料的特性，分析计算出其它力学参数。
　　论文提出了将挂果枝条受迫振动简化为悬臂梁受迫振动的模型，用解析法求解挂果枝条各个节点的受迫振动响应。利用MATLAB对参数进行优化和仿真试验，得到使成熟枸杞果实脱落而未成熟枸杞和花朵不脱落的力的空间向量和驱动轮转速。选取有20个节点的挂果枝条为研究对象，满足条件的工作参数为：节点1、8、14和18振动载荷分别为17 N、?18.7 N、18.5 N和?18.9 N（符号表方向），其他节点载荷设为0，转速取2868.84 r/min≤n≤2871.21 r/min。
　　论文运用ANSYS WORKBENCH瞬态动力学模块对枸杞受迫振动采摘仿真分析，对挂果枝条模型进行合理简化，仿真枸杞挂果枝条在受到峰值激振力后枸杞果实模型受力情况，求解与分析后对激振力幅值向量进行了调整，此时成熟枸杞采摘率为90％，且各个节点处代表三颗枸杞鲜果的圆柱体的最大惯性加速度值均不大于67.4m/s2。
　　论文在振动式枸杞采摘数值分析、有限元分析得到的合理的采摘参数的基础上，设计一款振动式枸杞采摘机构，并进行以机构对成熟枸杞采摘效率、成熟枸杞采净率、未成熟枸杞采摘率、花朵采摘率、成熟枸杞损伤率及综合评分值为试验指标的四因素三水平的正交试验和二次回归正交设计试验，以对理论分析结果激振频率取值合理性进行验证，并寻求参数机构在每一个采摘点采摘时间、相邻振动杆距离、每排振动杆数目的合理取值。获得采摘的参数水平组合为：机构在每一个采摘点采摘时间优水平为41.33s，因素马达转速优水平为578.57r/min，振动杆架上相邻振动杆距离120mm，因子每排振动杆架上布置的振动杆数目为10。

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第一章 引 言

1.1 研究背景

1.2 枸杞采摘机械化研究现状

1.3 研究的目的与意义

1.4 主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 枸杞及枸杞枝条特性分析

2.1 枸杞枝条及枸杞物理参数的测量

2.2 挂果枝条茎秆和果柄力学参数的测量

2.3 本章小结

第三章 振动式枸杞采摘数值分析

3.1 枸杞鲜果振动采摘模型

3.2 振动系统响应分析与求解

3.3 枸杞振动采摘参数优化与仿真试验

3.4 本章小结

第四章 振动式枸杞采摘有限元分析

4.1 振动式枸杞采摘的过程分析

4.2 仿真模型的建立

4.3 有限元仿真过程与结果

4.4 本章小结

第五章 振动式枸杞采摘机构样机的设计与试验

5.1 振动式枸杞采摘机构样机的设计

5.2 枸杞振动采摘试验

5.3 本章小结

第六章 全文结论

6.1 研究总结

6.2 不足与建议

参考文献

致谢

作者简历