【摘要】：紅棗(jujube)是我國大面積種植的特色林果,其栽植面積和產(chǎn)量均占世界的99%,而新疆以其獨(dú)特的地理位置和氣候條件,非常適宜栽植品質(zhì)優(yōu)良的紅棗。近年來,新疆棗樹已到盛果期,而紅棗采收完全依靠人工,作業(yè)效率低,成本高,已成為制約新疆紅棗產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此,亟需采用機(jī)械化作業(yè),提高紅棗采收效率,降低人工成本。本文通過對(duì)國內(nèi)外林果采收機(jī)械的研究現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)合新疆矮化密植紅棗的種植模式和物料特性等參數(shù),針對(duì)現(xiàn)有收獲機(jī)械在作業(yè)過程中對(duì)果樹的損傷率高、連續(xù)性作業(yè)效果不佳等問題,采用偏心塊式激振機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)了一種以3個(gè)偏心塊為激振源的激振裝置,并基于動(dòng)力學(xué)相似理論原理確定其相似比,完成試驗(yàn)臺(tái)的加工試制并進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),主要得到如下結(jié)論:(1)紅棗種植模式田間調(diào)研及物料特性測(cè)試。紅棗的種植模式和物料特性是確定采收裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作參數(shù)的基礎(chǔ),通過對(duì)矮化密植種植模式下棗樹的調(diào)研,得到的紅棗單粒質(zhì)量、尺寸等物理參數(shù);以及3年生、5年生和8年生棗樹的平均株距、平均行距、樹冠直徑、樹高和主干高度等幾何參數(shù)。(2)紅棗振動(dòng)特性研究。本文以紅棗為研究對(duì)象,首先建立紅棗“枝-柄-果”的雙擺振動(dòng)模型,通過理論分析獲得系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率為14.69、17.26 Hz;通過振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的掃頻試驗(yàn)和Ansys軟件對(duì)棗樹的模態(tài)仿真試驗(yàn),得到棗樹發(fā)生共振頻率的范圍集中出現(xiàn)在12~24 Hz;在共振頻率范圍內(nèi),分別以振幅為3、5、7 mm進(jìn)行棗樹的定頻振動(dòng)試驗(yàn),結(jié)果表明在振幅為7 mm、頻率為13~18 Hz時(shí),紅棗在采收過程中振動(dòng)傳遞特性效果較好。(3)激振器的設(shè)計(jì)與試制。根據(jù)激振裝置的設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)了一種由3個(gè)偏心塊為激振源的激振器,并用SolidWorks軟件建立激振器的三維模型;通過對(duì)激振器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)的理論分析,得到角加速度α與偏心塊質(zhì)量m、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、彈簧預(yù)緊力f之間的關(guān)系;基于動(dòng)力學(xué)相似理論原理,確定以長(zhǎng)度l的相似比λ_l=1/3為基礎(chǔ),完成激振器相似模型加工試制。(4)激振器運(yùn)動(dòng)仿真分析。通過ADAMS軟件對(duì)激振器進(jìn)行無阻尼仿真分析,仿真結(jié)果表明激振器殼體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),證明激振器殼體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與理論分析一致,仿真結(jié)果也驗(yàn)證了阻尼裝置是激振器不可缺少的一部分。(5)紅棗采收激振器試驗(yàn)。通過理論分析,確定偏心塊質(zhì)量m、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、彈簧預(yù)緊力f作為試驗(yàn)因素,以角加速度α和振幅A作為評(píng)價(jià)指標(biāo),進(jìn)行了三因素五水平正交旋轉(zhuǎn)中心組合試驗(yàn);通過Design-Expert V8.0.6.1軟件進(jìn)行方差分析,建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)與各影響因素的數(shù)學(xué)回歸模型,并確定最優(yōu)參數(shù)組合為:偏心塊質(zhì)量m=233 g,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1080 r/min,彈簧預(yù)緊力f=35 N;根據(jù)最優(yōu)參數(shù)組合進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明:在優(yōu)化參數(shù)組合下,振幅平均值為A=46.73 mm、角加速度平均值為α=11.72 rad/s~2,殼體振動(dòng)產(chǎn)生的最小慣性力F=9.87 N6 N,可知該激振裝置滿足紅棗采收要求。
【圖文】：

基于動(dòng)力學(xué)相似理論的紅棗激振器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)械化采收作業(yè)[9]，提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。2 機(jī)械采收技術(shù)亟待解決的科學(xué)問題林果采收的方法主要有人工采收、半機(jī)械化采收、機(jī)械化采收和機(jī)器人采摘四種[10]。（1）人工采收的作業(yè)方法主要是人直接用手或利用一些簡(jiǎn)單的非動(dòng)力工具逐顆采摘果實(shí)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是采收的果品質(zhì)量好，對(duì)果實(shí)的損傷率低，但作業(yè)效率低。（2）半機(jī)械化采收是果農(nóng)利用一些動(dòng)力工具對(duì)果品進(jìn)行采摘的方法，它有效的提高了作業(yè)效率。（3）機(jī)械化采收是利用各種裝備對(duì)果柄施加拉、彎、扭等外力作用，當(dāng)作用力大于果實(shí)與植株的連接力時(shí)，果實(shí)與果柄完成分離，完成摘果過程。此方法不僅作業(yè)效率高，且經(jīng)濟(jì)效益好，但對(duì)果樹、果實(shí)有損傷現(xiàn)象。（4）機(jī)器人采摘是模仿人工采摘時(shí)手對(duì)果品的抓取過程來實(shí)現(xiàn)對(duì)果品收獲的方式。采摘機(jī)器人主要是針對(duì)質(zhì)量較大、易識(shí)別的蘋果、柑橘、西紅柿等水果進(jìn)行研究，由于工作環(huán)境的復(fù)雜性、不確定性及智能化水平、采收成本、采收效率等問題，采摘機(jī)器人還遠(yuǎn)沒有達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，離實(shí)用化和商品化還存在一定距離[11]。

標(biāo)上都和人工采收有較大差距，造成這種差距的主要原因是由于果樹生長(zhǎng)形態(tài)的，使機(jī)械裝置在進(jìn)行收獲的過程中，往往只能使果樹局部位置的果實(shí)發(fā)生分離。機(jī)械采收的效率及裝備振動(dòng)的振幅或頻率，目前主要的方法是設(shè)計(jì)尺寸更大的激。然而實(shí)踐證明，大尺寸振動(dòng)采收裝置的使用，對(duì)于果實(shí)分離效率的提高非常有且還經(jīng)常造成果樹枝干的損傷，甚至死亡；另外，，大尺寸振動(dòng)采收裝置的使用，振裝置結(jié)構(gòu)尺寸變大，地面試驗(yàn)受到場(chǎng)地面積、試驗(yàn)設(shè)備尺寸等因素限制，無法行。因此，本文以紅棗為研究對(duì)象，采用偏心塊式激振機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種適用于動(dòng)采收的激振裝置，以期提高紅棗收獲機(jī)械連續(xù)性作業(yè)的效率，有效降低在作業(yè)對(duì)棗樹的損傷率。.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.2.1 振動(dòng)采收及理論建模為了提高果品振動(dòng)采收的效率，有效降低作業(yè)時(shí)對(duì)果樹的損傷率，國內(nèi)外科研經(jīng)研究了林果收獲時(shí)的振動(dòng)參數(shù)對(duì)采收效果的影響。他們將果樹結(jié)構(gòu)看作是簡(jiǎn)單構(gòu)的連續(xù)體或多自由度的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，通過分析模型的振動(dòng)特性或擬合試驗(yàn)定模型參數(shù)來建立果樹的數(shù)學(xué)模型。
【學(xué)位授予單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S225.93

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葛云;張立新;谷家偉;付威;朱榮光;張慧明;;對(duì)輥式紅花采收裝置參數(shù)優(yōu)化及試驗(yàn)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年21期

2 杜小強(qiáng);倪柯楠;潘珂;陳少鐘;高旗;武傳宇;;可調(diào)振幅單向拽振式林果采收機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2014年16期

3 瞿維;王春耀;王學(xué)農(nóng);蔡菲;張敏敏;;受迫振動(dòng)下杏果實(shí)樹枝能量傳遞初探[J];西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年07期

4 劉進(jìn)寶;韓長(zhǎng)杰;楊宛章;郭輝;龍魁;張靜;;振動(dòng)式林果采摘機(jī)械的設(shè)計(jì)[J];中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào);2014年03期

5 付威;何榮;曲金麗;孫雨;王麗紅;坎雜;;自走式矮化密植紅棗收獲機(jī)的設(shè)計(jì)[J];農(nóng)機(jī)化研究;2014年04期

6 何榮;坎雜;付威;王麗紅;楊紅英;孫雨;楚世哲;;矮化密植紅棗收獲機(jī)激振裝置設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析[J];農(nóng)機(jī)化研究;2014年02期

7 蔡菲;王春耀;王學(xué)農(nóng);蔣維棟;李彥峰;;基于高速攝像技術(shù)的振動(dòng)落果慣性力研究[J];西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年04期

8 王長(zhǎng)勤;許林云;周宏平;崔業(yè)民;崔華;;偏心式林果振動(dòng)采收機(jī)的研制與試驗(yàn)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2012年16期

9 孫艷平;康莊;孫艷秋;;復(fù)雜橢圓形薄板和橢球體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[J];遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào);2011年04期

10 ;我國水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及柑橘產(chǎn)銷形勢(shì)分析[J];果農(nóng)之友;2011年01期

本文編號(hào)：2692477