无患子采收特性及其采收设备的研究

发布时间：2020-10-26 14:07

　　 无患子是一种在东南亚各国以及我国长江流域广泛种植的优良经济树种,尤其是无患子的种子可以用于提炼生物质燃油,经济附加价值很高。随着近年来环境污染的日益加剧以及人们绿色环保理念的不断提升,无患子的价值得以体现。在我国南方,无患子大都生长在半山腰或斜坡上,采收作业很不方便,目前采收无患子多采取人工长杆拍打的方式,不仅作业危险而且效率很低,无患子机械化采收作业研究基本处于空白。因此,研究无患子相关采收特性并据此设计一种无患子采收机十分具有意义。本文主要研究了无患子的物理采收特性及其采收设备,主要内容包括：(1)通过调研与观测研究了无患子果实与果柄的脱落方式并设计试验测定无患子的果柄结合力。试验结果表明切向运动更有利于无患子果实的脱落,最佳采收力大小为2N。研究了成熟时间对于其果柄结合力的影响,其中,抗拉力随成熟时间呈指数函数关系下降,抗剪力随成熟时间呈幂函数关系下降。通过模态分析方法得到了无患子树体的固有频率,采收频率应低于4.4581Hz。(2)根据无患子生长特性及采收要求提出了3种不同的采收方案,加以论证后选择最优方案作为无患子采收方案,计算并选用了合适的弹簧与传动轴,执行机构直线导轨变形率为0.0016%,满足工作要求。通过SolidWorks完成了设备的设计与整体机构的装配,为之后的有限元分析提供了基础。(3)通过ANSYS Workbench分别对采收机的执行机构进行了动力学分析,对传动机构进行了静力学分析,得到工作条件下各零件的等效应力图与变形量图,根据分析结果对薄弱部件进行了优化设计,根据优化后的设计完成了采收机二维加工图纸的绘制,并用于最终采收机的样机试制。本文的成果如下：(1)对无患子基本采收物理特性进行了研究,得到了不同成熟时期无患子果柄力的大小以及变化规律,并分析了时间与气候因素对于果柄力的影响,对确定最佳采收期具有一定指导意义,并为采收设备的研发与设计提供了参考。(2)设计的无患子采收机结构简单、操作便携,可以大大减少无患子采收作业负担,而且造价低,具有一定的市场推广前景。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S792.99;S776
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 机械化采收研究现状
        1.2.1 国外机械化采收研究现状
        1.2.2 国内机械化采收研究现状
    1.3 采收技术存在的问题及发展趋势
        1.3.1 存在的问题
        1.3.2 发展趋势
    1.4 论文研究思路与内容
        1.4.1 论文研究思路
        1.4.2 论文研究内容
    1.5 本章小结
2 无患子采收特性的研究
    2.1 研究内容
    2.2 无患子果实脱离方式
        2.2.1 相对运动方式
        2.2.2 断裂位置
    2.3 无患子果柄结合力试验
        2.3.1 试验材料
        2.3.2 抗拉力试验原理
        2.3.3 抗剪力试验原理
    2.4 试验数据
        2.4.1 试验气候数据
        2.4.2 抗拉力与抗剪力数据
    2.5 数据分析
        2.5.1 果柄力变化规律
        2.5.2 果柄力与成熟时间相关程度
        2.5.3 果柄结合力与时间曲线拟合
    2.6 无患子树体模态分析
        2.6.1 无患子树体建模
        2.6.2 模态分析原理
        2.6.3 树体模态分析
        2.6.4 求解结果与分析
    2.7 本章小结
3 无患子采收机设计与建模
    3.1 无患子采收机设计原则
    3.2 采收方案的选择与论证
        3.2.1 方案一的工作原理
        3.2.2 方案二的工作原理
        3.2.3 方案三的工作原理
    3.3 采收机三维建模
        3.3.1 执行机构总成建模
        3.3.2 传动机构建模
        3.3.3 零件材料与质量
        3.3.4 选用电机
    3.4 采收机总成建模
    3.5 本章小结
4 无患子采收机有限元分析
    4.1 执行机构动力学分析
        4.1.1 动力学分析原理
        4.1.2 振动头显式动力学分析
    4.2 传动机构静力学分析
        4.2.1 静力学分析原理
        4.2.2 拨盘、滑块静力学分析
    4.3 本章小结
5 无患子采收机总装与试验
    5.1 二维图纸绘制
    5.2 零件实物加工
        5.2.1 传动机构零件加工
        5.2.2 执行机构零件加工
    5.3 采收机验证试验
    5.4 可行性分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
个人简介
导师简介
第二导师简介
致谢
附录

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本文编号：2857097