核桃采摘机的设计与试验

发布时间：2020-09-30 00:45

　　我国是核桃种植、生产和消费大国,核桃采收处理一直是影响核桃产业化、规模化发展的绊脚石。本课题是以陕西省科技厅科技统筹创新工程计划项目(项目编号:2012KTZB02-02-03)和陕西省教育厅产业化项目(项目编号:14JF003)为支持,对核桃采摘机理进行研究。核桃采摘作业是核桃生产全过程的重要环节,为了提高采摘效率、降低劳动成本,本文针对我国山坡、丘林、密植矮化模式的核桃种植特点,研发设计了一种体积小、重量轻、结构简单、操作简便、工作可靠、效率高的振动式核桃采摘机。首先,通过分析树木不同力学模型,进行合理假设和简化后建立核桃树力学模型、采摘机—核桃树系统振动动力学模型以及核桃振动力学模型,对比分析了在双轴和单轴激振装置产生不同形式激振力的作用下,系统的稳态响应(树体受迫振动的位移、速度、加速度和相位差)。结果表明:树体受迫振动稳态响应的位移、速度和加速度均按周期性变化;影响核桃和树体振动的关键因素是激振频率、振幅和加速度;双轴产生的激振力让树体在一个方向上做来回振动,单轴产生的激振力让树体做近似于圆周振动;单轴比双轴产生的激振力对树体振动影响更大。其次,通过实际测量统计核桃树体的结构尺寸。运用CREO建立核桃树体的三维模型并导入到Workbench中进行模态分析,得出核桃树体的固有频率和振型;在激振力大小、作用高度相同的条件下,建立双轴和单轴不同形式激振力作用下树体的振动仿真,得到树体振动的位移和加速度,验证了单轴比双轴产生的激振力更有利于核桃的振动采摘;分析不同夹持高度、不同激振力、不同激振频率作用下树体的振动响应,得出在激振频率为19-21Hz、夹持高度在800-1000mm范围内树体振动加速度和振幅都比较大。再次,基于农机与农艺相结合、机械设计和机械振动理论,确定振动式核桃采摘机总体设计方案,对各部分零部件进行设计、计算和校核;运用CREO建立采摘机各部分的三维模型并装配;运用Workbench对采摘机的关键零部件进行有限元分析和结构优化,保证设计、加工的采摘机工作可靠性和安全性,试制样机。最后,通过运用江苏东华DH5922动态测试分析系统进行采摘机工作过程中的振动动态测试实验,找出实际采摘过程中的最佳激振频率和夹持高度。统计在实际采摘过程中的采摘率,得出在激振频率为19-21Hz,夹持高度在800mm-1000mm范围内,采摘率达到90%左右,验证了仿真分析的结果,指导了采摘参数的选择。
【学位单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S225.93
【部分图文】：

激振力,双轴,动力学模型,摘机

图 2-1 双轴激振力作用的采摘机—核桃树系统的动力学模ynamic model of biaxial vibration force picking machine - walnut机质量（除去偏心块的质量）（kg）；在夹持处的等效质量（kg）；的等效弹性系数（N/m）；的等效阻尼系数（N.s/m）；轴的偏心距（m）；轴的角速度（rad/s）；别是 X，Y 方向树干偏离平衡位置的位移（m）；摘机偏心轴旋转中心距树干中心的距离（m）。尔原理和上面的动力学模型，可以建立采摘机—核桃摘机和树体产生的相互作用力有：心轴产生的激振力的惯性力为

激振力,单轴,动力学模型,偏心块

图 2-2 单轴激振力作用的采摘机—核桃树系统的动力学模型Fig. 2-2 Dynamic model of single shaft vibration force picking machine - walnut tree ——采摘机的质量（除去偏心块的质量）（kg）；——树干在夹持点处的等效质量（kg）；—树干的等效弹性系数（N/m）；—树干的等效阻尼系数（N.s/m）；—偏心块的偏心距（m）；—偏心块工作的角速度（rad/s）；—树干在 X 方向上偏离平衡位置的位移（m）；—树干在 Y 方向上偏离平衡位置的位移（m）；—偏心块中心距离树干中心的距离（m）；达朗贝尔原理，可以建立在单轴激振力作用下采摘机—核桃树系统的用在系统上的力主要有：块的惯性力

核桃,振动力学模型

方向合成的呈发散状变化，对树体的振动更大，在对比分析，综合模型分析的结果，得出单轴激振力学模型核桃的目的就是将激振装置产生的激振力传递给树最终侧枝将振动传递给核桃，核桃在受迫振动时产的结合力时，核桃与果柄脱落，完成采摘过程。核多运动的叠加反映。主干，枝干和树叶组成。如果把主干第一次分出的的称为二级枝干，以此类推。从实际观察来看，核干上。在建立核桃的力学模型时，我们做出如下简量的球体；2）把核桃的振动看作是单摆的运动，摆振动力学模型如图 2-3 所示。

【参考文献】