本文關(guān)鍵詞：機(jī)械采收藍(lán)莓振動(dòng)特性及數(shù)值模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：伴隨著人們對(duì)藍(lán)莓果實(shí)健康功效的認(rèn)識(shí)以及藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)成為較高經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目的進(jìn)程,近年來(lái)藍(lán)莓的種植面積逐年擴(kuò)大。我國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚,而且藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)興盛周期長(zhǎng),當(dāng)前我國(guó)正值發(fā)展期,很長(zhǎng)一段時(shí)間國(guó)內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品過(guò)剩危機(jī)。其中黑龍江省發(fā)展藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)具有絕佳的資源優(yōu)勢(shì)。藍(lán)莓采收作業(yè)季節(jié)性強(qiáng)、勞動(dòng)密集性強(qiáng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大,使得藍(lán)莓種植規(guī)模受到限制。美國(guó)和歐洲等很多國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化采收,目前國(guó)內(nèi)包括藍(lán)莓在內(nèi)的許多小漿果主要由人工采收,因此發(fā)展國(guó)內(nèi)藍(lán)莓采收機(jī)械,成為我國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求和必然趨勢(shì)。本文主要對(duì)藍(lán)莓果實(shí)采摘過(guò)程中果樹(shù)的振動(dòng)特性及收獲過(guò)程果實(shí)的接觸碰撞進(jìn)行了研究,完善了小漿果灌木振動(dòng)特性理論,基于離散元法分析、模擬了果實(shí)的收獲過(guò)程,為藍(lán)莓采收機(jī)的振動(dòng)頻率、行走速度等工作參數(shù)的設(shè)置提供了技術(shù)支持,為藍(lán)莓采收機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了理論基礎(chǔ),為國(guó)內(nèi)藍(lán)莓采收機(jī)采收果品質(zhì)量的保證提供了可靠支持,提高了國(guó)內(nèi)藍(lán)莓采收機(jī)的機(jī)械化水平和可靠性,促進(jìn)了國(guó)內(nèi)藍(lán)莓采收機(jī)的推廣和應(yīng)用。建立了果實(shí)采摘力模型,確定了果實(shí)與枝分離的采摘力；將灌木的各級(jí)枝等效為懸臂直梁,分析了藍(lán)莓灌木枝的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng),自由振動(dòng)會(huì)隨著振動(dòng)的外界干擾逐漸衰減,振動(dòng)采摘時(shí)起決定作用的是枝的受迫振動(dòng)；建立了以藍(lán)莓灌木枝、主根及與主根粘連的土壤為系統(tǒng)的灌木振動(dòng)模型,研究了主根和與主根粘連的土壤的振動(dòng)能耗；分析了灌木-激振器振動(dòng)系統(tǒng),灌木枝若要獲得足夠的振幅和位移保證果實(shí)脫落,需要適合的激振頻率。應(yīng)用藍(lán)莓灌木生物學(xué)數(shù)據(jù)和力學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)置,通過(guò)對(duì)模型的仿真分別獲得了副枝和整株獲得足夠振幅的頻率范圍。建立了藍(lán)莓灌木振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了配置和選用；在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)藍(lán)莓灌木進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn),得到了藍(lán)莓灌木獲得較大振幅的頻率范圍為15～22 Hz,各級(jí)枝都有明顯振幅的頻率值接近20 Hz；通過(guò)頻率范圍驗(yàn)證了整株灌木振動(dòng)模型和采摘力�；陔x散元法對(duì)藍(lán)莓果實(shí)的接觸和碰撞做了分析,確定了顆粒單元的屬性和模型；基于軟球模型,將果實(shí)之間的接觸用線性彈簧模型來(lái)表征,將果實(shí)與器壁之間的接觸用Hertz-Mindlin無(wú)滑動(dòng)模型來(lái)表征；分析了機(jī)械作業(yè)收獲時(shí)顆粒果實(shí)運(yùn)動(dòng)的軌跡,求解了顆粒運(yùn)動(dòng)方程和顆粒碰撞耗散的能量；確定了離散元法顆粒接觸的判斷方法、時(shí)間步長(zhǎng)和求解流程。對(duì)美登、北村藍(lán)莓果實(shí)生物學(xué)數(shù)據(jù)和生物力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)量,利用藍(lán)莓果實(shí)的靜態(tài)壓縮試驗(yàn)獲得果實(shí)的壓縮破壞能。建立了美登、北村果實(shí)物理模型和果樹(shù)虛擬模型,基于離散元法對(duì)手推式采收機(jī)和牽引式采收機(jī)的采收過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,獲取了美登、北村果實(shí)平均壓縮力、合力、動(dòng)能和總能量隨時(shí)間變化的曲線；優(yōu)選的手推式藍(lán)莓采收機(jī)和牽引式藍(lán)莓采收機(jī)的行走速度分別是0.5 m/s和1.0m/s,通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果與壓縮破壞能的對(duì)比確定了機(jī)械采收果實(shí)理論上果實(shí)無(wú)損傷；提出了利用“多島”結(jié)構(gòu)改進(jìn)牽引式藍(lán)莓采收機(jī)的果實(shí)輸送帶；分析了激振器對(duì)果實(shí)受力的影響。對(duì)牽引式藍(lán)莓采收機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改造,研制了手推式矮叢藍(lán)莓采收機(jī)Ⅱ代樣機(jī)。以激振頻率、收獲機(jī)行走速度和操作人員技術(shù)水平為試驗(yàn)因素,每個(gè)因素三個(gè)水平設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)方案。以摘凈率、收獲率和青果率為試驗(yàn)指標(biāo),在藍(lán)莓集中成熟的季節(jié)對(duì)手推式和牽引式采收機(jī)進(jìn)行了采收試驗(yàn),以人工采收效率做對(duì)比,根據(jù)試驗(yàn)因素最優(yōu)組合時(shí)收獲到的果實(shí)的破損率、枝的損傷程度綜合評(píng)價(jià)振動(dòng)頻率和收獲行走速度工作參數(shù)的合理性。牽引式采收機(jī)在激振頻率為20 Hz,行走速度為1.0 m/s時(shí),基本摘凈了全部熟果,收獲率可達(dá)94%,果實(shí)破損率為8.6%,改進(jìn)后的輸送帶提高了果實(shí)的分散程度；手推式采收機(jī)在激振頻率為20 Hz,行走速度為0.5 m/s時(shí),熟果摘凈率可達(dá)94%,收獲率可達(dá)84%,果實(shí)破損率為6.5%。獲得了兩款采收機(jī)對(duì)操作人員技術(shù)水平的要求以及采收機(jī)存在的不足和今后改進(jìn)的方向。
【關(guān)鍵詞】：藍(lán)莓 采收機(jī) 振動(dòng)頻率 離散元 收獲
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S225.93
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 1 緒論15-28
• 1.1 課題研究的目的及意義15-18
• 1.1.1 課題選題背景15-17
• 1.1.2 課題研究的目的17
• 1.1.3 課題研究的意義17-18
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-26
• 1.2.1 果實(shí)力學(xué)行為研究進(jìn)展18-20
• 1.2.2 離散元法的研究進(jìn)展20-23
• 1.2.3 樹(shù)木振動(dòng)研究進(jìn)展23-24
• 1.2.4 藍(lán)莓采收機(jī)研究進(jìn)展24-26
• 1.3 課題來(lái)源及研究的主要內(nèi)容26-28
• 1.3.1 課題來(lái)源26
• 1.3.2 研究的主要內(nèi)容26-28
• 2 藍(lán)莓灌木振動(dòng)特性分析與振動(dòng)仿真28-51
• 2.1 藍(lán)莓果實(shí)采摘力模型28-31
• 2.2 藍(lán)莓灌木枝振動(dòng)分析31-37
• 2.2.1 自由振動(dòng)分析31-34
• 2.2.2 灌木枝受迫振動(dòng)分析34-37
• 2.3 整株受迫振動(dòng)分析37-42
• 2.3.1 整株模型的建立37-40
• 2.3.2 能量的損耗40
• 2.3.3 灌木-激振器振動(dòng)系統(tǒng)研究40-42
• 2.4 藍(lán)莓灌木生物學(xué)及力學(xué)數(shù)據(jù)的測(cè)量42-47
• 2.4.1 生物學(xué)數(shù)據(jù)的測(cè)量42-43
• 2.4.2 力學(xué)數(shù)據(jù)的測(cè)定43-47
• 2.5 基于ANSYS的藍(lán)莓灌木振動(dòng)仿真47-50
• 2.5.1 副枝的模態(tài)分析及掃頻激振仿真47-48
• 2.5.2 整株的模態(tài)分析及掃頻振動(dòng)仿真48-50
• 2.5.3 仿真結(jié)果分析50
• 2.6 本章小結(jié)50-51
• 3 藍(lán)莓灌木振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的建立及其試驗(yàn)51-62
• 3.1 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)51-52
• 3.1.1 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)概述51-52
• 3.1.2 藍(lán)莓灌木振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)52
• 3.2 振動(dòng)系統(tǒng)的硬件配置及軟件選用52-54
• 3.2.1 硬件配置52-54
• 3.2.2 軟件選用54
• 3.3 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下藍(lán)莓灌木振動(dòng)試驗(yàn)54-60
• 3.3.1 試驗(yàn)條件54
• 3.3.2 試驗(yàn)方案54-55
• 3.3.3 信號(hào)處理與誤差分析55-56
• 3.3.4 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果56-60
• 3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析60-61
• 3.4.1 整株受迫振動(dòng)模型可行性的驗(yàn)證60-61
• 3.4.2 藍(lán)莓果實(shí)采摘力的驗(yàn)證61
• 3.5 本章小結(jié)61-62
• 4 基于離散元法的果實(shí)接觸模型與碰撞能耗分析62-82
• 4.1 藍(lán)莓果實(shí)顆粒單元的屬性及模型62-66
• 4.1.1 果實(shí)顆粒單元的屬性62
• 4.1.2 果實(shí)顆粒模型62-66
• 4.2 果實(shí)接觸模型的確定66-70
• 4.2.1 線性彈簧阻尼接觸模型67-69
• 4.2.2 Hertz-Mindlin無(wú)滑動(dòng)接觸模型69-70
• 4.3 果實(shí)收獲運(yùn)動(dòng)軌跡分析70-75
• 4.3.1 自由落體階段71
• 4.3.2 碰撞階段71-75
• 4.3.3 斜拋運(yùn)動(dòng)階段75
• 4.3.4 滑動(dòng)或滾動(dòng)階段75
• 4.4 果實(shí)顆粒運(yùn)動(dòng)能耗分析及求解過(guò)程75-81
• 4.4.1 顆粒運(yùn)動(dòng)方程75-77
• 4.4.2 碰撞能量消耗77
• 4.4.3 離散元法的求解過(guò)程77-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 5 機(jī)械收獲藍(lán)莓果實(shí)離散元法的數(shù)值模擬82-113
• 5.1 藍(lán)莓果實(shí)生物學(xué)結(jié)構(gòu)82-84
• 5.2 藍(lán)莓果實(shí)物理機(jī)械性質(zhì)的測(cè)定84-92
• 5.2.1 幾何尺寸的測(cè)定84-86
• 5.2.2 彈性模量等主要參量的測(cè)定86-89
• 5.2.3 碰撞恢復(fù)系數(shù)的測(cè)定89-90
• 5.2.4 果肉硬度的測(cè)定90-91
• 5.2.5 泊松比的估算91-92
• 5.3 藍(lán)莓果實(shí)收獲離散元法的模擬92-112
• 5.3.1 數(shù)值模擬等效模型的建立92-96
• 5.3.2 采收機(jī)工作方式的確定96
• 5.3.3 手推式采收機(jī)收獲的模擬96-104
• 5.3.4 牽引式采收機(jī)收獲的模擬104-110
• 5.3.5 牽引式采收機(jī)果實(shí)分散的模擬及輸送帶的改進(jìn)110-111
• 5.3.6 采收機(jī)振動(dòng)器對(duì)果實(shí)受力影響的模擬111-112
• 5.4 本章小結(jié)112-113
• 6 藍(lán)莓采收樣機(jī)的研制及采收試驗(yàn)113-127
• 6.1 試驗(yàn)樣機(jī)及主要技術(shù)參數(shù)113-118
• 6.1.1 手推式藍(lán)莓采收機(jī)的研制113-115
• 6.1.2 牽引式藍(lán)莓采收機(jī)的研制115-118
• 6.2 田間采摘及收獲試驗(yàn)118-123
• 6.2.1 試驗(yàn)方案118-119
• 6.2.2 試驗(yàn)結(jié)果119-123
• 6.3 試驗(yàn)結(jié)果分析123-125
• 6.3.1 結(jié)果分析123-124
• 6.3.2 藍(lán)莓采收機(jī)工作參數(shù)評(píng)價(jià)124-125
• 6.3.3 藍(lán)莓采收機(jī)的改進(jìn)方向125
• 6.4 本章小結(jié)125-127
• 結(jié)論127-129
• 參考文獻(xiàn)129-137
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文137-138
• 致謝138-139

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 盧立新;;跌落損傷脆值及損傷邊界[J];包裝工程;2005年06期

2 王佳佳;黃穎利;秦會(huì)艷;;美國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)分析及對(duì)黑龍江藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2014年18期

3 趙雪珂;吳榮敏;姚玉梅;田濤;周明玉;張寶芳;;藍(lán)莓對(duì)四氯化碳所致急性肝損傷大鼠肝組織GCLC mRNA及蛋白表達(dá)的影響[J];重慶醫(yī)學(xué);2015年02期

4 朱思睿;李金丹;宋樹(shù)淼;李麗敏;;藍(lán)莓市場(chǎng)開(kāi)發(fā)及營(yíng)銷(xiāo)策略分析[J];吉林農(nóng)業(yè);2014年20期

5 李志鵬;趙德金;郭艷玲;;基于Matlab藍(lán)莓樹(shù)枝徑向受迫振動(dòng)仿真研究[J];森林工程;2014年01期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 郭軍廷;吉林省水庫(kù)移民扶持協(xié)會(huì)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D];吉林大學(xué);2013年

2 閻海青;藍(lán)莓中可萃取多酚與不可萃取多酚對(duì)巨噬細(xì)胞抗炎作用的研究[D];齊魯工業(yè)大學(xué);2014年

3 舒堯;大興安嶺地區(qū)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[D];吉林大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：機(jī)械采收藍(lán)莓振動(dòng)特性及數(shù)值模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：318340