小型手扶式辣椒收获机设计与分析

作     者：吴亮 

作者单位：成都大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鄢强

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：辣椒收获机 采摘机构 有限元分析 丘陵地区 

摘      要：中国辣椒分布在国内28个省份,占蔬菜种植总面积的12%以上,总产值达700亿人民币,稳居蔬菜行业第一。而四川作为辣椒生产大省,因种植方式和地形特点,现辣椒收获仍以人力为主,采摘方式落后,收获效率低,成本高。针对上述问题,提出了一种适用于山地丘陵地区的小型手扶式辣椒收获机的设计方案,其中收获流程包括采摘、传送、清选、收集四个步骤,并根据辣椒采收特点和流程设计零部件结构,建立辣椒收获机的三维虚拟样机。采用有限元分析方法对关键零件螺旋杆和机架进行分析,为其后续的结构优化提供理论依据。具体研究工作内容如下:(1)对四川辣椒进行了大量调研,确定了研究对象的种植模式、植株参数、辣椒尺寸及物理特性,并以此为基础明确了整机的工作流程、工作原理和工作参数,设计了辣椒收获机的总体结构方案。(2)分析了国内外常用的采摘机构,再结合辣椒相关参数设计了展开式双螺旋线型采摘装置,确定了螺旋杆尺寸参数和安装关系,确定了螺旋杆最大转速为600r/min,采摘功率为0.6k W。根据采摘装置、安装空间、实际传送参数,进行了直线式传送装置的设计,计算确定工作时传送功率为0.014k W。根据气流清选原理,设计了清选机构,并通过计算流量对风机进行了选型。根据人体工学和整机作业环境,设计了后驱车轮式行走机构,再结合自重和最大运载重量,计算出行走机构的驱动功率为2.03k W;根据各工作部件的总功率,确定了发动机和减速机型号,并设计了整机传动方案,计算出各工作部件的传动比和工作参数;根据各部件的参数进行了扭矩和能量计算,选定电磁离合器和电瓶的型号,并以此为基础设计了整机的控制方案,规范了四种操作模式。(3)基于ANSYS Work Bench进行了关键零件的有限元分析。对采摘装置的螺旋杆进行了谐响应分析,在材料为45钢,激振频率为0～400Hz,激振扭矩为9550 N?mm的条件下,分析结果表明:螺旋杆最大变形量为9.43×10mm,最大等效应力为9.09Pa,完全满足使用要求。(4)对机架进行了静应力分析和预应力模态分析。机架选用焊接性能良好的材料Q235,再在多方位载荷施加的条件下,机架的静应力分析结果显示:整体最大变形量为0.094mm,最大等效应力为59.27 MPa,满足机架的强度和刚度要求。机架预应力模态分析结果显示:模型一阶共振频率为37.38 Hz,比较接近机架实际工作振动频率。在模型一阶振动变形的基础上,对机架结构进行了优化,二次分析结果表明:机架的一阶振动频率变为51.60Hz,高于机架实际工作频率,避免了发生共振,满足了使用要求。