菠萝采摘机关键部件的设计与分析

发布时间：2023-05-05 22:16

　　目前菠萝的采摘主要以人工为主,在整个采收作业期间内所需的人力成本中,能够占据到菠萝生产利润的40%。所以,为了解决上述问题,本文提出一种适用于种植田间作业的菠萝采摘机械设备方案,并对主要的相关部件进行结构设计与仿真分析,在缓解劳动力短缺、减轻劳动强度、提高采摘效率等方面,均有重要的发展意义和研究价值。这种菠萝采摘机不仅能够满足基本的采摘要求,还在结构设计与采摘方式上具有一定的创新性。主要完成的研究工作如下:1)本文查阅有关参考资料,分析了多种果园采摘机械与应用技术,对菠萝外形特征、果杆的连结力大小与所需夹持力计算等有了初步了解,提出一种关于菠萝采摘机的设计方案与分析方法,即采用高地隙机架底盘以减少对菠萝植株的损伤,以及选用旋转式采摘的方式来提高采摘效率。2)基于专业软件的方案设计和有限元仿真分析。首先完成菠萝采摘机相关零部件的主要结构设计,包括行走装置、采摘装置、传动装置以及收集装置等重要部分,接着运用ANSYS workbench有限元软件,对采摘机机架与采摘装置做相关的结构强度分析;最后在仿真夹持过程时,通过Adams动力学软件,对采摘装置的关键零部件进行运动特性分析。3)采摘机机...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的和意义
        1.2.1 提高采摘效率与降低成本
        1.2.2 改善采摘条件
        1.2.3 解决农村劳动力短缺
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国内菠萝采摘机的研究现状
        1.3.2 国外采摘机械的研究现状
    1.4 菠萝采摘机存在的发展困境和研究趋势
    1.5 研究内容与方法
        1.5.1 研究菠萝采摘机的采摘执行部件
        1.5.2 采用传送带收集菠萝
        1.5.3 设计适应菠萝田间地形的机架底盘结构
        1.5.4 完成菠萝釆摘机的虚拟样机设计
        1.5.5 通过专业软件进行模拟计算分析
    1.6 课题创新
        1.6.1 采摘机的底盘机架使用高地隙式设计
        1.6.2 釆用仿生式采摘夹爪
    1.7 技术路线
    1.8 本章小结
2 菠萝采摘机的总体方案设计
    2.1 菠萝的种植模式及特征介绍
        2.1.1 菠萝的种植模式
        2.1.2 菠萝果实的外形特性
        2.1.3 果实与果杆的连结力物理特性测试
    2.2 总体方案设计
    2.3 设计原则与设计思路
        2.3.1 设计原则
        2.3.2 设计思路
    2.4 总体结构
    2.5 工作原理
    2.6 基本工作参数确定
    2.7 本章小结
3 关键部件的结构设计与选型
    3.1 高地隙底盘的设计
        3.1.1 车架结构的设计
        3.1.2 行走机构的设计与选型
        3.1.3 输出系统的动力设计
        3.1.4 动力传递系统的设计
    3.2 采摘装置的设计
        3.2.1 夹爪夹持力的理论计算与分析
        3.2.2 菠萝实体三维模型的建立
        3.2.3 菠萝采摘爪的设计原则
        3.2.4 已研制的农业果实采摘手类型
        3.2.5 各类型果园采摘爪的运动特征分析
        3.2.6 夹爪的构型选择
        3.2.7 夹爪的驱动方式与传动设计
        3.2.8 夹爪机构的设计与运动
        3.2.9 夹爪的运动形式选择
    3.3 末端执行器控制系统的设计
        3.3.1 压力传感器的选型与设计
        3.3.2 位置传感器的选型与设计
        3.3.3 控制系统硬件结构设计
        3.3.4 采摘控制流程设计
    3.4 收集部件的设计
        3.4.1 传送带的结构设计
        3.4.2 传送带工作速度与电机选择
        3.4.3 收集箱的设计
    3.5 经济效益分析
    3.6 菠萝采摘机的装配
    3.7 本章小结
4 机架结构的静动态特征分析
    4.1 有限元法的求解步骤
    4.2 有限元法概述
    4.3 机架有限元模型建立
        4.3.1 机架模型的要求
        4.3.2 材料属性定义
        4.3.3 网格划分
        4.3.4 边界条件的施加与处理
        4.3.5 车架强度理论
    4.4 车架满载弯曲性能分析
        4.4.1 弯曲强度分析
        4.4.2 弯曲刚度分析
    4.5 机架模态分析
    4.6 本章小节
5 采摘夹爪的结构强度与运动特征分析
    5.1 有限元模型的建立
        5.1.1 材料属性定义
        5.1.2 网格划分
    5.2 整体结构的静力分析
        5.2.1 静力理论
        5.2.2 结果分析
    5.3 菠萝采摘夹爪的运动仿真
        5.3.1 夹爪仿真约束的建立
        5.3.2 夹爪开闭合运动的仿真分析
    5.4 菠萝采摘爪整体结构的运动特性分析
        5.4.1 瞬态动力学理论方程的构建
        5.4.2 结果分析
    5.5 旋转机构的仿真分析
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 课题的研究工作总结
    6.2 课题的研究不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢



本文编号：3808464