核桃采摘机具设计与试验研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:bailiankk
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我国核桃的种植模式的多样性决定了采摘方式的多样性,因此直接引进国外的林果采收机械局限性过大,解决不了国内核桃的采收问题。而且林果类机械大都采用振动落果的方式采收,这种方式能在一定程度上提高效率,减轻劳动强度,但这种方式大都采用强制性主干振摇,以实现果实脱落,容易对树体造成损伤。所以设计研发结构简单紧凑、性能安全可靠、操作携带方便和采摘效率高的核桃采收机具,对于农民增收和推动核桃产业稳步地向前发展具有非常重要的意义。因此,本论文主要研究内容是设计研制适宜云南山地的便携式核桃采摘机具,并通过仿真分析与性能试验来验证机具的合理性。本论文依托于云南省林业科学院与昆明理工大学现代农业工程学院合作研究课题进行研究,具体研究内容及结论如下:(1)采摘机具的基础参数的设定,需要先对云南核桃树物理特性进行研究。通过试验得知侧枝直径在[80,120)所占比例为70%,在[60,80)所占比例为13.33%,侧枝高度在[1.50,3.00)所占比例为84.99%;二级侧枝直径在[80,120)所占比例为16.67%,在[60,80)所占比例为20%,二级侧枝高度在[1.50,3.00)所占比例为60%;树冠直径在[13.00,14.00)所占比例为40%,主要集中分布区域为[11.00,14.00);枝条密度范围为1.0621.110g/cm3,平均值为1.089g/cm3,含水率范围为35.0%38.7%,平均值为36.5%;拉伸状态下弹性模量范围为732.971491.85MPa,平均值为1150.47MPa,压缩状态下弹性模量范围为207.52387.13MPa,平均值为282.64MPa;核桃果梗分离力的临界值为58.2N;核桃果实质量范围为45.2584.86g,平均值为68.78g。(2)针对这些特性提出了三种采摘机具的整体设计方案,对比分析,最终选取方案一与方案二进行对照设计。方案一是基于树体侧枝部位振动式核桃采摘机具,方案二是基于树体二级侧枝部位摇晃式核桃采摘机具;创建了两种整机的三维模型,对其组成结构与工作原理进行了详细的描述。(3)激振器的可控转速范围为6003000r/min,对应基频为1050Hz,转速范围控制在12003000r/min,能够避开树体低阶固有频率,从而减少树体伤害。三个影响因素的主次顺序排列是:载荷频率B>位置C>激振力A,较优的组合为A2B2C3。即激振力为700N,载荷频率为15Hz,位置为1200mm。汽油机转速为2500r/min时,模拟收获的效果最好。对应的加速度幅值对收获效果的影响关系大体呈抛物线关系,该规律与谐响应分析中激振力作用效果类似。(4)激振试验的研究结果得出最佳工作参数:激振频率为20Hz,激振力为800N,激振位置距离侧枝分支点越远,这种条件下的采摘效果最佳,而且能减少对树体的损伤。通过最佳工作参数进行采摘试验得知方案一采摘机具试验采摘率的范围为63.9%74.8%,平均值为67.7%,剩果率的范围为25.2%36.1%,平均值为32.3%。方案二采摘机具在汽油机转速为2500r/min对应采摘效果最好,采摘率的范围为78.16%85.19%,平均值为82.17%,剩果率的范围为14.81%21.84%,平均值为17.83%。单从作业对象的采摘效果,方案二采摘机具优于方案一采摘机具。但从整体作用效果与作业效率对比,方案一采摘机具优于方案二采摘机具。从实际采摘效果来看,两种采摘机具基本达到了云南核桃的采摘要求。本研究为云南地区核桃的机械化采收提供了两种采摘机具。
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