三維激振果品采收機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析.pdf

1、中國的果園面積和果品產(chǎn)量近幾年在持續(xù)增長，如何高效地進(jìn)行果品采收仍是果品生產(chǎn)的一大難題。由于振動式采收能夠快速有效地分離成熟果實，現(xiàn)存的果品采收機(jī)構(gòu)以振動式采收機(jī)構(gòu)為多，但目前的振動式果品采收機(jī)構(gòu)采收效率仍然不高。鑒于此，本文圍繞果樹多維激振的作用效果，通過仿真比較不同形式的位移載荷對果樹加速度響應(yīng)分布的影響，提出三維振動方式并設(shè)計出三維激振果品采收機(jī)構(gòu)，對其進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析和參數(shù)優(yōu)化，最后加工樣機(jī)進(jìn)行試驗比較，驗證該采收方式的采收效果。論

2、文完成的主要工作如下：
　　1.利用ANSYS建立山核桃樹模型并進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析，討論了一維激振載荷的形式及其加載方向?qū)Ω鞣较蚣铀俣软憫?yīng)的影響。仿真結(jié)果顯示：一維激振位移載荷的加載方向?qū)铀俣软憫?yīng)的變化有顯著影響，但是單方向的激振力難以使果樹枝干在所有方向都能產(chǎn)生足夠大的加速度響應(yīng)。在一維載荷和二維載荷形式基礎(chǔ)上提出三維載荷，其對果樹的激振作用效果不僅有沿樹枝徑向的激振作用，還有沿樹枝軸向的激振作用。最后分析了不同形式激振載荷以及

3、各種轉(zhuǎn)速比的三維載荷下，果樹上各測試點的加速度響應(yīng)，得出以下結(jié)論：1）三維載荷產(chǎn)生的加速度分布比一維載荷和二維載荷更均勻；2）當(dāng)組合空間載荷激振的轉(zhuǎn)速比為1:1時，加速度分布最均勻。
　　2.根據(jù)三維激振位移載荷的生成方法及其果樹動力學(xué)仿真結(jié)果，進(jìn)行三維激振采收機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計。其主要結(jié)構(gòu)包括箱體、空間連桿振搖機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)變傳動比，從而得到不同的三維載荷。對核心工作部分——空間連桿振搖機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運動學(xué)和

4、動力學(xué)分析。
　　3.利用空間連桿振搖機(jī)構(gòu)的運動學(xué)模型，使用MATLAB計算各相關(guān)參數(shù)的變化對空間連桿振搖機(jī)構(gòu)的輸出振幅和加速度的影響。為了達(dá)到最大的加速度目標(biāo)，本文采用了遺傳算法對該機(jī)構(gòu)的尺寸進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)空間連桿振搖機(jī)構(gòu)的約束條件確定連桿參數(shù)的取值范圍，編寫了基于MATLAB平臺的優(yōu)化輔助軟件，得到優(yōu)化計算結(jié)果：lAB=0.025m，lBC=0.180m，lBH=0.095m，lCD=0.050m，lEF=0.017m，lFG

5、=0.139m，lGI=0.170m，lIK=0.330m，此時機(jī)構(gòu)輸出的最大合成加速度為117.3m/s2。根據(jù)該優(yōu)化尺寸建立了空間連桿振搖機(jī)構(gòu)的三維簡化模型，仿真結(jié)果顯示，利用ADAMS仿真得到雙曲柄驅(qū)動時所需的最大力矩為2.18N·m。
　　4.依據(jù)機(jī)構(gòu)尺寸的參數(shù)優(yōu)化和仿真分析的結(jié)果，進(jìn)行了三維激振果品采收機(jī)構(gòu)樣機(jī)的加工和裝配。為了比較三維激振果品采收機(jī)構(gòu)對樹體的激振作用效果，加入了偏心塊式振動電機(jī)作比較對象，并開展室外果樹