無患子是一種在東南亞各國以及我國長江流域廣泛種植的優(yōu)良經(jīng)濟樹種,尤其是無患子的種子可以用于提煉生物質(zhì)燃油,經(jīng)濟附加價值很高。隨著近年來環(huán)境污染的日益加劇以及人們綠色環(huán)保理念的不斷提升,無患子的價值得以體現(xiàn)。在我國南方,無患子大都生長在半山腰或斜坡上,采收作業(yè)很不方便,目前采收無患子多采取人工長桿拍打的方式,不僅作業(yè)危險而且效率很低,無患子機械化采收作業(yè)研究基本處于空白。因此,研究無患子相關(guān)采收特性并據(jù)此設(shè)計一種無患子采收機十分具有意義。本文主要研究了無患子的物理采收特性及其采收設(shè)備,主要內(nèi)容包括：(1)通過調(diào)研與觀測研究了無患子果實與果柄的脫落方式并設(shè)計試驗測定無患子的果柄結(jié)合力。試驗結(jié)果表明切向運動更有利于無患子果實的脫落,最佳采收力大小為2N。研究了成熟時間對于其果柄結(jié)合力的影響,其中,抗拉力隨成熟時間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系下降,抗剪力隨成熟時間呈冪函數(shù)關(guān)系下降。通過模態(tài)分析方法得到了無患子樹體的固有頻率,采收頻率應(yīng)低于4.4581Hz。(2)根據(jù)無患子生長特性及采收要求提出了3種不同的采收方案,加以論證后選擇最優(yōu)方案作為無患子采收方案,計算并選用了合適的彈簧與傳動軸,執(zhí)行機構(gòu)直線導軌變形率為0.0016%,滿足工作要求。通過SolidWorks完成了設(shè)備的設(shè)計與整體機構(gòu)的裝配,為之后的有限元分析提供了基礎(chǔ)。(3)通過ANSYS Workbench分別對采收機的執(zhí)行機構(gòu)進行了動力學分析,對傳動機構(gòu)進行了靜力學分析,得到工作條件下各零件的等效應(yīng)力圖與變形量圖,根據(jù)分析結(jié)果對薄弱部件進行了優(yōu)化設(shè)計,根據(jù)優(yōu)化后的設(shè)計完成了采收機二維加工圖紙的繪制,并用于最終采收機的樣機試制。本文的成果如下：(1)對無患子基本采收物理特性進行了研究,得到了不同成熟時期無患子果柄力的大小以及變化規(guī)律,并分析了時間與氣候因素對于果柄力的影響,對確定最佳采收期具有一定指導意義,并為采收設(shè)備的研發(fā)與設(shè)計提供了參考。(2)設(shè)計的無患子采收機結(jié)構(gòu)簡單、操作便攜,可以大大減少無患子采收作業(yè)負擔,而且造價低,具有一定的市場推廣前景。
【學位單位】：北京林業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：S792.99;S776
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 機械化采收研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外機械化采收研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)機械化采收研究現(xiàn)狀
    1.3 采收技術(shù)存在的問題及發(fā)展趨勢
        1.3.1 存在的問題
        1.3.2 發(fā)展趨勢
    1.4 論文研究思路與內(nèi)容
        1.4.1 論文研究思路
        1.4.2 論文研究內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
2 無患子采收特性的研究
    2.1 研究內(nèi)容
    2.2 無患子果實脫離方式
        2.2.1 相對運動方式
        2.2.2 斷裂位置
    2.3 無患子果柄結(jié)合力試驗
        2.3.1 試驗材料
        2.3.2 抗拉力試驗原理
        2.3.3 抗剪力試驗原理
    2.4 試驗數(shù)據(jù)
        2.4.1 試驗氣候數(shù)據(jù)
        2.4.2 抗拉力與抗剪力數(shù)據(jù)
    2.5 數(shù)據(jù)分析
        2.5.1 果柄力變化規(guī)律
        2.5.2 果柄力與成熟時間相關(guān)程度
        2.5.3 果柄結(jié)合力與時間曲線擬合
    2.6 無患子樹體模態(tài)分析
        2.6.1 無患子樹體建模
        2.6.2 模態(tài)分析原理
        2.6.3 樹體模態(tài)分析
        2.6.4 求解結(jié)果與分析
    2.7 本章小結(jié)
3 無患子采收機設(shè)計與建模
    3.1 無患子采收機設(shè)計原則
    3.2 采收方案的選擇與論證
        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 采收機三維建模
        3.3.1 執(zhí)行機構(gòu)總成建模
        3.3.2 傳動機構(gòu)建模
        3.3.3 零件材料與質(zhì)量
        3.3.4 選用電機
    3.4 采收機總成建模
    3.5 本章小結(jié)
4 無患子采收機有限元分析
    4.1 執(zhí)行機構(gòu)動力學分析
        4.1.1 動力學分析原理
        4.1.2 振動頭顯式動力學分析
    4.2 傳動機構(gòu)靜力學分析
        4.2.1 靜力學分析原理
        4.2.2 撥盤、滑塊靜力學分析
    4.3 本章小結(jié)
5 無患子采收機總裝與試驗
    5.1 二維圖紙繪制
    5.2 零件實物加工
        5.2.1 傳動機構(gòu)零件加工
        5.2.2 執(zhí)行機構(gòu)零件加工
    5.3 采收機驗證試驗
    5.4 可行性分析
    5.5 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
個人簡介
導師簡介
第二導師簡介
致謝
附錄

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