树莓采摘机设计与研究

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树莓营养价值较高,特别是在增强抵抗力、预防癌症、保护心脏等方面的功效十分突出,因此树莓得到了世界消费者的广泛认可。由于树莓良好的经济价值,我国树莓产业近几年也在逐步扩大,但是目前我国所采用的采摘方式是人工采摘,其劳动强度大、效率低、成本高,限制了我国树莓产业的迅速发展。为了解决人工采摘所带来的种种问题,本文通过对国内外林果采摘机械和采摘方法进行研究,与本地区托拉蜜树莓品种的植株实际生物学特性相结合,设计了一种体积小、结构简单、操作方便、安全可靠的树莓采摘机械。(1)对树莓植株和树莓果实的生物学特性进行了测量和计算,得到了树莓植株的树高、冠幅、果实质量和体积、果实分离力、枝条密度等相关参数,并通过三点法测得了树莓枝条的抗弯弹性模量。可将树莓果实受外部激励后的稳态响应简化为单摆运动,建立了树莓挂果枝条的力学模型,通过求解,得到了振动幅度和振动频率与果实分离力的方程式。查阅相关文献,计算得枝条顶部的振动幅度为74.74mm~92.54mm,将果实分离力和所得振幅范围带入上述方程式,算出振动频率为8.39Hz~9.72Hz。(2)通过对现有的振动采摘方法进行分析和研究,决定采用连续式振动采摘方法。在满足设计要求和受力梁的力学性能的前提下,结合之前对树莓植株所测得的树高、树冠最大长度、株距等数据,对采摘机的整体结构和各部分尺寸进行了设计;计算得到了所需驱动电机的功率为2000W;对蓄电池进行选型,选用6-DZF-20.2蓄电池作为采摘机的动力源;对齿轮齿条机构的参数进行了设计与校核,得齿轮和齿条的模数为3,齿轮齿数为20,齿条齿数为15,齿宽为30mm。(3)在使用SolidWorks搭建采摘机三维模型后,针对激振力最小和最大的情况,使用ADAMS对激振装置进行了运动学分析,得到了采摘框在激振力最小和最大情况下的速度、加速度曲线图,通过分析,两种情况均满足运动要求;对采摘机中的关键零部件进行了静力学仿真分析,得到各个关键零部件的最大应力和最大变形量;对采摘机的机架进行了模态分析,发现机架与激振装置不存在共振;对采摘机工作时,果柄受到的惯性力进行了仿真研究,使用ANSYS对树莓挂果枝条模型进行谐响应分析,得到了当激振力最小时果柄受到的应力,其满足果柄分离条件。(4)进行了采摘机激振装置的试制,对该激振装置进行了研究,主要是检查了激振装置的运转情况并对其进行了调试;对运转时的机架振动进行了测量,以及对内部弹簧的运动情况进行了分析,结果表明在空运转时激振装置能够达到预期要求。
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