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辊刷式蓖麻收获机采摘机构优化设计与试验

农业工程学报 2021年第8期37卷 19-29页

作者：刘磊吴腾孔凡婷孙勇飞陈长林谢庆石磊农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

针对蓖麻机械化采收时采净率低、破损率高等难题,结合蓖麻物理特性和种植模式,研究设计了辊刷式蓖麻收获机采摘机构。首先在分析采摘机构总体结构的基础上阐述了辊刷式采摘原理,阐明了辊刷、螺旋输送器、传动系统等关键部件的设计。进... 详细信息

针对蓖麻机械化采收时采净率低、破损率高等难题,结合蓖麻物理特性和种植模式,研究设计了辊刷式蓖麻收获机采摘机构。首先在分析采摘机构总体结构的基础上阐述了辊刷式采摘原理,阐明了辊刷、螺旋输送器、传动系统等关键部件的设计。进一步地,为探究采摘机构相关参数的最优组合,提高蓖麻采摘质量,采用Box-Benhnken响应面试验设计理论,以前进速度、辊刷转速、刷丝长度为影响因素,以采净率、籽粒破损率及含杂率为作业质量评价指标,进行参数优化试验。建立各影响因素与指标之间的回归数学模型,并分析各因素对响应值的交互影响,同时对模型进行了综合优化,获得最优参数组合为:前进速度0.72 m/s、辊刷转速371.69 r/min、刷丝长度56.60 mm,对应的采净率、籽粒破损率、含杂率分别为90.81%、0.17%、11.27%。对优化结果进行验证试验,试验结果表明在最优参数组合下,采净率为91.36%、籽粒破损率为0.18%、含杂率为11.67%,各评价指标与预测值均很接近。研究结果可为辊刷式蓖麻收获机进一步完善结构设计和工作参数优化提供参考。

关键词：农业机械设计试验蓖麻采摘机构

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烟叶采摘机构关键部件改进设计与试验研究

烟叶采摘机构关键部件改进设计与试验研究

作者：马四杰河南农业大学

学位级别：硕士

我国种植烟叶的历史悠久,烟叶产业极大的推动了国民经济的发展,但是由于我国烟草机械化程度较低。目前烟叶的采收基本依靠人工完成。烟田环境比较恶劣,采摘烟叶劳动强度大,人工采摘烟叶的效率低,导致适熟期的烟叶无法按时完成收获,致使... 详细信息

我国种植烟叶的历史悠久,烟叶产业极大的推动了国民经济的发展,但是由于我国烟草机械化程度较低。目前烟叶的采收基本依靠人工完成。烟田环境比较恶劣,采摘烟叶劳动强度大,人工采摘烟叶的效率低,导致适熟期的烟叶无法按时完成收获,致使收获的烟叶质量下降,极大影响了烟农的经济收入,因此研发高效烟叶采摘机非常必要。烟叶采摘机的核心部件是采摘机构,国内现有采摘机构采摘烟叶时存在着破损率较高、无法长时间连续作业和无法实现烟叶的分层采摘等问题。对现有的采摘机构进行优化改进和设计,使其高效满足及时采摘成熟期烟叶,降低采摘时叶片的破损率。因此对采摘机构进行优化改进具有重大意义。本文针对现有的自走式烟叶采摘车采摘机构进行改进和优化,通过结构优化设计与试验验证有效地降低了烟叶采摘时的破损率,有效提高了烟叶采摘效率,主要研究内容如下:（1）通过对橡胶采摘板的理论设计与计算,确定了橡胶采摘板的外形轮廓、长度和宽度、波峰和波谷的半径、波峰与橡胶采摘板首端的距离及波谷与橡胶采摘板首端的距离、与地面的夹角、旋转方向、扭曲角度以及计算了橡胶采摘板和烟株之间的摩擦力,分析二者之间的摩擦力得到了烟杆不被刮倒的临界条件。橡胶采摘板的外形为波浪形、与地面的夹角为10°、扭曲角度为30°等。（2）通过对橡胶辊的设计和计算,得到了橡胶辊直径和长度,橡胶辊的转速等。对六方轴上橡胶辊的个数、左右两个传送辊之间的距离、传送辊的排数、传送辊与地面的夹角进行了计算和设计,得到了橡胶辊的个数为7、传送辊为5排、传送辊与地面的夹角为13°等。对烟叶在传送辊上的受力分析得到了烟叶在传送辊上不打滑的临界条件等。橡胶采摘板和传送辊分别对称布置,提高了采摘效率和输送效率。（3）利用三维软件Solidworks对橡胶采摘板、传送辊、导流板和隔叶板进行了三维建模和理论分析计算,采用动力学仿真软件ADAMS对橡胶采摘板和传送辊的位移、速度以及烟叶所受的摩擦力进行了仿真分析,通过仿真分析得出了橡胶采摘板采摘烟叶时所需力的大小和传送辊输送烟叶时摩擦力的大小等,为采摘机构的设计提供了理论基础。（4）通过对自走式烟叶采摘车进行田间试验,验证了在不同条件下自走式烟叶采摘车采摘机构的采摘效果,进行了采摘车的行驶速度、橡胶采摘板的转速和烟株株距的二次回归正交旋转组合仿真试验,三因素（橡胶采摘板的转速,采摘车的行驶速度,烟株的株距）正交旋转试验表明:影响烟叶破损率因素的主次顺序为橡胶采摘板的转速＞烟株的株距＞采摘车的行驶速度。对评价函数和约束条件进行求解得出,当株距为575 mm时、转速为239 r/min时、烟叶采摘车的行驶速度为1.4 km/h时,烟叶的破损率最低为13.36%,烟叶的采净率最高为96.1%,烟叶的漏采率最低为3.89%。烟叶的采净率、破损率、漏采率均符合DG-T 275-2022相关标准要求。

关键词：采摘机构橡胶采摘板传送辊橡胶辊动力学仿真

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串并混联式柑橘采摘机构设计与研究

串并混联式柑橘采摘机构设计与研究

作者：邱冰南昌大学

学位级别：硕士

柑橘生产过程中,季节性用工特点十分明显,人工采摘成本占整个柑橘生产过程中费用支出的很大一部分,柑橘采摘机构的研发对采摘过程的自动化和智能化、生产力的解放、生产效率的提高和用人成本的降低具有十分重大的意义和广阔的市场应用... 详细信息

柑橘生产过程中,季节性用工特点十分明显,人工采摘成本占整个柑橘生产过程中费用支出的很大一部分,柑橘采摘机构的研发对采摘过程的自动化和智能化、生产力的解放、生产效率的提高和用人成本的降低具有十分重大的意义和广阔的市场应用前景。本文以柑橘为采摘对象,对柑橘采摘机构进行了设计与研究。1)首先通过对柑橘生长特性及其形态特征的分析,归纳了机械采摘过程所需具备的运动形式,确立了采摘机构的机械臂型式和姿态调整的并联机构自由度数目。2)运用方位特征集理论对采摘机构中的并联部分进行型综合,设计优选出用于姿态调整的并联机构,分析其运动学正逆解方程并求出速度、加速度方程。分析了六关节采摘机械臂运动学正逆解,得到其雅克比矩阵,并利用多策略改进麻雀算法对机械臂进行时间最优轨迹规划。3)分析了采摘机构各部分工作空间,研究了机械臂的杆件长度和转角范围对其空间体积大小的影响效应。以并联机构运动学逆解方程为目标函数,在球副转角为约束条件下,解得了并联机构可达姿态空间,并设计各构件尺寸。4)利用Solidworks对各个构件进行零件建模并装配,得到其三维实体模型。并将模型导入Adams进行运动学仿真,得到其运动变化曲线后分析可知,此机构能够实现对柑橘进行采摘功能。

关键词：柑橘采摘机构工作空间轨迹规划

烟草收获机采摘机构对烟叶采收效果影响的研究

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农机化研究 2022年第12期44卷 170-174,181页

作者：李阳褚金奎于洁大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

采摘机构是烟草收获机的核心部件,其工作性能直接影响烟叶采收效果。为了探究影响采摘机构工作性能的因素,确定采摘机构最佳工作参数,搭建了采摘机构试验装置,理论分析了采摘机构对烟叶采收效果的影响因素。同时,通过试验确定了采摘机... 详细信息

采摘机构是烟草收获机的核心部件,其工作性能直接影响烟叶采收效果。为了探究影响采摘机构工作性能的因素,确定采摘机构最佳工作参数,搭建了采摘机构试验装置,理论分析了采摘机构对烟叶采收效果的影响因素。同时,通过试验确定了采摘机构工作参数的最佳组合为:喂入速度0.9m/s,采摘刀转速175r/min,采摘刀角度8°。研究可为烟草收获机采摘机构的设计提供理论基础。

关键词：烟草收获采摘机构正交试验

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烟草采摘机构设计及其最佳工作参数试验

烟草采摘机构设计及其最佳工作参数试验

作者：李阳大连理工大学

学位级别：硕士

烟草是一种重要的经济作物,在我国的国民经济中占有重要地位。我国是烤烟生产大国,及时、高效地采收作业可大幅提高烤烟产量和利润。目前,国外烟草收获机种类齐全,自动化程度高,采摘效果好。国内烟草收获机的研制处于起步阶段,引进、仿... 详细信息

烟草是一种重要的经济作物,在我国的国民经济中占有重要地位。我国是烤烟生产大国,及时、高效地采收作业可大幅提高烤烟产量和利润。目前,国外烟草收获机种类齐全,自动化程度高,采摘效果好。国内烟草收获机的研制处于起步阶段,引进、仿制的国外机型因采摘机构不适用国内的烟草品种,导致采摘效果较差,亟需针对采摘机构进行研究。本课题根据国内烟草成熟期的物理力学特性,设计了采摘机构,理论分析了采摘机构工作参数对烟叶采收效果的影响方式,搭建了采摘机构试验平台,通过试验得到了采摘机构最佳工作参数。具体研究内容如下:介绍了采摘机构工作原理,根据国内烟草植株种植模式及成熟烟叶物理力学特性确定了采摘机构各部分结构参数。首先分析了采摘机构三个工作参数:采摘刀转速,采摘机构行走速度（喂入速度）,采摘刀轴线与地面角度（采摘刀角度）对烟叶采净率和破损率的影响方式。为采摘机构的设计提供了理论基础。在此基础上,搭建了全电驱动的采摘机构试验平台,主要包括采摘装置,喂入装置两部分组成。其中,采摘装置可以调节采摘刀转速和采摘刀角度,喂入装置可以调节烟株前进速度。试验台可以模拟烟草收获机采摘机构的田间作业形态,通过试验可以研究确定采摘机构工作参数对烟叶采净率和破损率的影响。最后利用采摘机构试验平台,通过对采摘机构中影响采收效果的各参数进行正交试验,发现了各参数包括导叶板和扶禾器对烟叶采摘效果的影响规律,最终得到了采摘机构工作参数的最佳组合:喂入速度0.9m/s,采摘刀转速175r/min,采摘刀角度8°,确定了采摘刀最佳硬度值为56.1HA。根据试验结果给出采摘机构的具体结构方案和具体的机构参数。

关键词：烟草收获采摘机构正交试验

柑橘采摘机器人末端执行器结构设计与仿真分析

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扬州大学学报（农业与生命科学版） 2019年第4期40卷 113-118页

作者：张伟民董红政陈文清洛阳理工学院电气工程与自动化学院

针对目前柑橘室外采摘作业难度大、人工采摘效率低,以及对柑橘本身和柑橘果园破坏性大、破坏范围广等问题,提出了一种改进优化柑橘室外采摘末端执行器。通过对柑橘采摘末端执行器采摘机构进行设计和运动学仿真分析,以及对整体结构仿真... 详细信息

针对目前柑橘室外采摘作业难度大、人工采摘效率低,以及对柑橘本身和柑橘果园破坏性大、破坏范围广等问题,提出了一种改进优化柑橘室外采摘末端执行器。通过对柑橘采摘末端执行器采摘机构进行设计和运动学仿真分析,以及对整体结构仿真分析和运动学仿真分析,得到了最优柑橘采摘末端执行器采摘机构部分模型,并在自然环境下对其进行了柑橘采摘试验,试验成功率高达80%,成功实现对室外柑橘自动化采摘,具有较大的应用和推广价值。

关键词：柑橘末端执行器采摘机构动力学分析

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小型手扶式辣椒收获机设计与分析

小型手扶式辣椒收获机设计与分析

作者：吴亮成都大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：辣椒收获机采摘机构有限元分析丘陵地区

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梳夹式红花采摘机构关键部件设计分析

机械设计与研究 2019年第2期35卷 187-190页

作者：连国党曹卫彬牛驰安亮亮杨双平李亮亮石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000

针对红花丝当前仍以人工采摘为主、采摘效率低、费时费力、尚未实现机械化采摘等问题,设计研究了一种适应红花丝采摘的梳夹式采摘机构,通过凸轮驱动动梳齿与定梳齿相互作用,模仿人手拔拉动作完成红花丝的夹取与采摘。该采摘总体结构简单... 详细信息

针对红花丝当前仍以人工采摘为主、采摘效率低、费时费力、尚未实现机械化采摘等问题,设计研究了一种适应红花丝采摘的梳夹式采摘机构,通过凸轮驱动动梳齿与定梳齿相互作用,模仿人手拔拉动作完成红花丝的夹取与采摘。该采摘总体结构简单,工作效率高,设计关键部件参数,搭建台架进行田间试验,验证工作性能的稳定性以及可行性,试验结果表明梳夹式红花丝采摘机构能够满足红花丝的采摘要求,为后续梳夹式红花丝采摘机械提供一些理论依据。

关键词：梳夹式采摘机构设计研究红花

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油茶果采摘机的关键部件设计与试验

油茶果采摘机的关键部件设计与试验

作者：吴问天安徽农业大学

学位级别：硕士

近年来,茶油由于其优越的综合利用价值,受到市场的青睐。但是作为茶油原材料的油茶果,其采收环节仍处于极度原始的状态(采摘基本依靠人工),具有劳动强度大、采摘效率低、人工成本高等缺点,严重的限制了油茶产业的发展。因此油茶产业想... 详细信息

近年来,茶油由于其优越的综合利用价值,受到市场的青睐。但是作为茶油原材料的油茶果,其采收环节仍处于极度原始的状态(采摘基本依靠人工),具有劳动强度大、采摘效率低、人工成本高等缺点,严重的限制了油茶产业的发展。因此油茶产业想要实现产业化发展,采收机械化是必行之事,而其中重中之重就是采摘关键部件的研制。本文针对舒城县河棚镇油茶果园中的油茶树种,设计研制了一种油茶果采摘关键部件。论文的主要研究内容如下:(1)本文首先基于LabVIEW虚拟仪器技术设计了一款油茶果-果柄分离力测量试验台,针对性的探究了油茶果-果柄分离力与其三大因素(果柄直径、拉力角和成熟度)之间的相关性。同时通过控制变量法进行多次的试验,发现其中不同拉力角对油茶果-果柄分离力的大小影响较大,基于此点,确定了采摘关键部件的设计原理。(2)基于第二章测试试验中拉力角在90o附近时果柄分离力最小这一结果,本文采用横向树冠振动作为采摘机构的基本原理,并用Pro/E对油茶果试验采摘装置进行三维设计。同时利用ANSYS对采摘机构的支撑部件立轴进行了静力学分析、模态分析,计算出立轴的在预应力下的应力应变、前六级固有频率,并进行模态试验进一步确保结果的可靠性。为立轴的结构设计和加工材料选取提供了科学的理论依据,避免试验装置在作业中损坏。最后通过计算完成了传动系统的相关设计。(3)将采摘试验采摘装置的三维模型,导入ADAMS软件中进行运动学仿真。在仿真过程中,调节振幅、拍打棒材质和工作频率等参数,通过后处理模块绘制出不同参数下拍打棒上惯性拍打力数值变化情况的仿真曲线图,直观的展现力值的变化情况。从而给田间试验减少了任务量,提供了明确的试验方向。(4)设计田间试验,确定采摘性能判定标准,进行正交试验,单因素分析试验。最终试验得到最佳的因素组合,即作业时间为60s、作业频率为20.8Hz、振幅为110mm、拍打棒材质采用尼龙。

关键词：油茶果试验采摘装置关键部件采摘机构正交试验