高效低损的树冠振动式油茶果采摘装置设计与试验

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本文为了适应油茶果的大规模采摘,提高油茶果的采摘效率,通过查阅国内外相关文献、对油茶树生物力学特性以及树冠振动采摘机理的研究,设计了一种高效低损的树冠振动式油茶果采摘装置,完成的主要研究工作和成果总结如下:(1)通过树冠形态特性、二级主枝的生长特性以及油茶果实和花苞力学特性研究,得出树高、树冠直径、果实的质量和结合力、花苞的质量和结合力,二级主枝与主干的夹角等;通过对树冠振动采摘机理研究,得出振动频率、振幅、激振点位置是影响油茶果脱落的主要因素。(2)设计了一种高效低损的树冠振动式油茶果采摘装置,阐述了采摘装置的整机结构与工作原理,并对振动盘、激振装置、升降装置等关键部件进行结构设计,得出振动杆分布间距也是影响油茶果脱落的主要因素。根据采摘装置在作业过程中的升降、旋转、伸缩功能,完成了油茶果采摘装置液压系统原理图的设计,利用AMESim软件对采摘装置液压系统进行了仿真模拟,得到该液压系统可使采摘装置稳定运行,为油茶果采摘装置的大面积、工程化应用提供依据。(3)通过ANSYS对升降台和采摘臂做静力学分析,得到升降台和采摘臂的最大变形位移量分别为1.3728mm、5.0822mm,并且升降台和采摘臂在工作时不会发生共振现象。利用ADAMS软件对油茶树柔性化处理,建立了油茶树-采摘装置的耦合仿真模型,对油茶果采摘进行了单因素仿真试验,得到油茶果采摘装置各影响因素的作业参数范围:振动频率为5~9Hz、振幅为50~70mm、激振点位置为1500~2100mm和振动杆分布间距为80~120mm。(4)开展四因素三水平正交试验,并进行田间试验验证。结果表明,油茶果采净率和花苞损伤率的影响因素中,显著性由大到小均为振动频率、振幅、振动杆分布间距、激振点位置。田间试验验证的最优参数组合为振动频率7Hz、振幅68mm、激振点位置1870mm、振动杆分布间距115mm,对应的油茶果采净率平均值为86.81%,花苞损伤率平均值为9.58%,与模型优化理论值基本一致,采摘效率约是人工采摘效率的9倍。
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