【摘要】：茶葉采摘是保障茶葉生產(chǎn)中其質(zhì)量和效益的重要環(huán)節(jié)之一。針對(duì)丘陵山區(qū)大型采茶機(jī)械不適用、茶葉采摘工短缺且勞動(dòng)力成本高的問(wèn)題,開展便攜式電動(dòng)采茶機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究,具有重要的實(shí)踐意義。本論文以茂綠品種茶樹新梢為研究對(duì)象,試驗(yàn)測(cè)定其生長(zhǎng)和莖稈力學(xué)特性參數(shù);對(duì)便攜式電動(dòng)采茶裝置,進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì);基于雙動(dòng)刀切割圖分析影響采摘性能的因素并進(jìn)行優(yōu)化;最后進(jìn)行采摘性能的臺(tái)架試驗(yàn)。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:(1)茶樹冠層新梢生長(zhǎng)與力學(xué)特性試驗(yàn)研究以茂綠茶樹為測(cè)試對(duì)象,通過(guò)對(duì)待采一芽三葉新梢的統(tǒng)計(jì)測(cè)量,結(jié)果表明,新梢生長(zhǎng)傾斜度范圍是0.8~30.1°,平均傾斜角為9.2°,一芽三葉新梢長(zhǎng)度范圍是66.1~113.1 mm,平均長(zhǎng)度為86.6 mm;第四節(jié)莖直徑范圍為2.0~3.2 mm,平均直徑為2.5 mm;采摘一芽三葉后的留茬高度范圍為15.6~55.8 mm,平均留茬高度為34.7 mm。通過(guò)質(zhì)構(gòu)儀對(duì)新梢第四節(jié)莖稈的抗壓、壓縮和剪切力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到了相應(yīng)的力-位移特性曲線,分別求得茶樹新梢第四節(jié)莖稈彈性模量平均為31.81 MPa,壓縮模量平均為10.12 MPa,剪切模量平均為9.19 MPa。(2)采茶機(jī)總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)對(duì)便攜式電動(dòng)采茶機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體設(shè)計(jì),其中包括切割器、分葉板、掃葉輪。確定了切割器為往復(fù)式雙動(dòng)刀切割器,選取割刀刀片的刀刃角為40°,刀片寬度為10 mm,前橋?qū)挾葹? mm,刀片高度為1.5 mm,通過(guò)切割試驗(yàn)確定刀片切割角取值范圍為0~20°;分葉板的分葉齒寬為10 mm,分葉齒間距為20 mm,分葉齒長(zhǎng)度為60 mm;掃葉輪單個(gè)掃葉片高度為120 mm,結(jié)構(gòu)為3葉片結(jié)構(gòu)。(3)雙動(dòng)刀往復(fù)式切割器參數(shù)優(yōu)化與切割仿真分析建立了切割器的運(yùn)動(dòng)模型,得到了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)下的割刀軌跡,繪制出雙動(dòng)刀往復(fù)式切割器的切割圖;基于Design-Expert8.0.6軟件分析了刀片高度、刀片間距和刀機(jī)速比對(duì)切割圖中一次切割區(qū)、漏割區(qū)和重割區(qū)的影響,對(duì)割刀參數(shù)進(jìn)行了響應(yīng)面法優(yōu)化,得到刀片間距為20 mm、刀片高度為19 mm和刀機(jī)速比為1.05的最優(yōu)參數(shù)組合。同時(shí)利用ANSYS_LS_DYNA模塊建立單莖稈切割有限元模型,仿真分析了莖稈切割過(guò)程,仿真結(jié)果表明切割器割刀參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)合理。(4)采茶性能試驗(yàn)為探究實(shí)際采摘作業(yè)時(shí),在一定刀機(jī)速比下不同行進(jìn)速度、切割速度與切割傾角對(duì)茶葉采摘漏割率和芽葉完整率的影響,尋求合理工作參數(shù),進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn);結(jié)果表明,刀機(jī)速比為1.05,切割傾角為0°時(shí),不同行進(jìn)、切割速度下的采摘漏割率均低于3%,與切割器參數(shù)優(yōu)化后的漏割率為2.54%相符合,采摘茶葉的完整率均高于80%,表明采摘效果良好;同時(shí)以切割傾角為0°作為參照,分析了不同切割傾角對(duì)采摘效果的影響,發(fā)現(xiàn)提高切割傾角會(huì)導(dǎo)致漏割率增加,芽葉完整率降低,當(dāng)行進(jìn)速度較大時(shí)將切割角調(diào)整為-3°時(shí),可有效的降低漏割率和芽葉完整率。本論文設(shè)計(jì)、研制了一種便攜式電動(dòng)采茶裝置,基于切割圖優(yōu)化了切割器工作參數(shù),采摘性能的臺(tái)架試驗(yàn)表明,其采摘茶葉完整率高、漏割率低,進(jìn)一步完善后適于丘陵山區(qū)茶葉采摘。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S225.99
【圖文】：

(b) 雙人抬式采茶機(jī)(c) 乘坐式采茶機(jī)圖1.1 各種類型采茶機(jī)Fig. 1.1 Various types of tea plucking machine肯尼亞威廉姆公司研發(fā)出一種選擇性采茶機(jī)（圖 1.2），采摘方式為滾折式，根據(jù)不同嫩度新梢莖稈的折斷力不同選擇性采摘較嫩的一芽二葉新梢，留下較老的新梢，提高了茶樹冠層恢復(fù)能力，但也會(huì)導(dǎo)致部分較老的新梢被折傷，很多葉片被折斷而莖稈保留，采摘茶葉的破碎率較高[12]。

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1.2 威廉姆選擇性采茶機(jī)Fig. 1.2 William selective tea harvester從各國(guó)試驗(yàn)過(guò)的采茶機(jī)采摘器原理來(lái)看，茶葉的采摘方式有往復(fù)式切割、滾刀式切割采摘、旋轉(zhuǎn)式切割采摘、折斷式采摘、拉割式采摘、機(jī)械手采摘等多種。但由于對(duì)采摘效率和采摘質(zhì)量的要求，生產(chǎn)中常用的多為切割式采茶機(jī)，其中往復(fù)式切割應(yīng)用最為廣泛[13]。針對(duì)莖稈力學(xué)特性的研究，可以減少切割器研究的成本和縮短研發(fā)周期，并且研究作物的力學(xué)特性對(duì)研究切割器的工作情況是有益的[14]。莖稈的力學(xué)特性影響著作物收獲和加工過(guò)程中的切割力，影響莖稈切割力的還有刀片結(jié)構(gòu)、前進(jìn)速度、切割速度等眾多因素[15-16]。TaghinezhadJ[17]等研究了甘蔗莖稈的機(jī)械切割性能，以確定樣品含水率相對(duì)于切割元件的影響，并量化可能的切割能量減少，還研究了尺寸參數(shù)對(duì)機(jī)械切削性能的影響。Chatopadhyay.P.S.[18]等通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)了高粱的壓縮特性、剪切特性和彎曲特性，不同刀片斜角對(duì)莖稈的最大剪切強(qiáng)度有不同影響。Prince R P[19]等研究了含水率對(duì)青稈綠稈紫花苜蓿剛性模量的影響，發(fā)現(xiàn)含水率低的莖稈剛性明顯增大。我國(guó)雖然是茶葉種植面積最大和茶葉產(chǎn)量最多的國(guó)家

對(duì)設(shè)計(jì)采茶機(jī)割刀有著至關(guān)重要的作用。樹新梢生長(zhǎng)特性茶樹新梢適采特征葉生長(zhǎng)周期內(nèi)不斷形成新梢，茶樹葉片展開程度和新梢展葉數(shù)量表的成熟度，是各茶類采摘鮮葉選擇最佳質(zhì)量的標(biāo)志，葉片從初展到15~30 天，溫度越高成熟越快。在自然條件下，新梢一年可展葉 20 片芽休止一次只展開 5~7 片葉。葉片開張程度俞大，粗纖維含量愈高。不同茶類對(duì)采摘葉片開張度有不同的要求。主要影響因子是溫度、內(nèi)源激素的形成與分配。在栽培條件下，嫩采、中采茶區(qū)，每輪次新葉，每開張 1 葉片約需 2~6 天。茶樹新梢的萌芽期狀態(tài)和展葉期 所示[35]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2772452