一种果实拍振复合采收技术装置设计与试验

首先提出一种利用曲柄摇杆和曲柄滑块机构相结合的拍振方法,可解决干果、浆果的高效低损收获问题。为获取最佳拍振作业参数,将拍振机构两组曲柄设定同频率动力输入和急回特性,以摇杆最大转角30°和滑块最大行程8 cm为约束条件,构建拍振轨迹和速度模型。设定曲柄输入转速180 r/min,分别对拍打、摇杆振动和拍振复合运动的最大输出速度进行仿真。试验表明,拍振复合采摘蓝莓的效果明显优于其他两种采收方式,最佳脱果输入转速在120～160 r/min之间,卡爪末端最大输出速度为168～294 cm/s,操作时间为4 s,脱果率大于80%,采用拍振法采收蓝莓、红枣等特经果类作物效果显著,对研究干果、浆果等的高效低耗采收具有一定的指导意义。     

国内首台拍振式红枣收获机完成试制与试验

正近日,由农业部南京农业机械化研究所果蔬茶创新团队研制的新型拍振式红枣收获机,在新疆和田枣园开展了采收试验。该机利用从树冠顶部插入拍打条进行采果,底部伞形装置进行收果,具有采收效率高、采净率高、枣树损伤小、适应能力强等特点,可在短时间内完成一颗枣树的采收。拍振式红枣收获机由适用于沙地行走和小半径转弯的履带动力平台、振动拍打装置和伞形果     

自走式红枣捡拾机的设计与试验

新疆地区红枣收获目前主要依靠人工方式,机械化收获作业水平有待于提高。为解决这一问题,设计了一种基于气力原理的自走式红枣捡拾机,并阐明了整机结构和工作过程,确定了关键部件的技术参数。同时,以新疆地区矮化密植种植模式的枣树所结红枣为试验对象进行了样机性能及作业效率试验。试验结果表明:风机最佳工作转速为2 900r/min,采收作业平均生产率为0.052hm2/h,所采收红枣的平均破损率为1.0 6%。     

红枣收获机激振装置激振频率优化与试验

为提高红枣收获机振动收获效率,对激振装置激振频率进行了优化。首先,建立激振装置与枣树振动系统动力学模型,获得激振装置曲柄转动角频率为2.7rad/s,激振频率为16.9Hz;其次,在ADAMS环境下进行运动学仿真分析,当曲柄转动角频率为2.7rad/s时,机构运动较平稳、无剧烈振动现象,装置机构运动满足要求;最后,对激振装置工作性能及作业效果进行田间试验。试验结果表明:当液压马达转速为25.0~26.5r/min时,即激振频率为16.5~17.4Hz,红枣采净率大于90%,红枣损伤率小于8%,装置各项性能均满足要求,可为红枣收获机激振装置激振频率设定提供理论依据和技术支持。     

扭梳式油茶果采摘末端执行器设计与试验

为了解决油茶果采摘过程中采净率低、花苞损伤率大的问题,通过研究不同品种油茶果结合力和油茶枝条特性,设计了一种扭梳式油茶果采摘末端执行器,在采摘作业时该执行器可以对油茶果产生多种作用力。阐述了该末端执行器的结构和工作原理,并对关键部件进行了设计,分析了末端执行器的作业过程和油茶果脱落的影响因素。对不同品种油茶果的结合力和枝条扭转进行测试,得出抗拉力主要集中在10~25N之间、抗剪力主要集中在5~15N之间、抗扭力矩主要集中在0.015~0.030N ·m之间,不同品种油茶枝条扭转模量在2~7MPa之间。单因素试验表明,在扭梳组件转速为25~35r/min、梳辊转速为75~85r/min、作业时间为8~12s工况下,采摘性能较优。试验表明,最优工作参数组合为扭梳组件转速35r/min、梳辊转速85r/min、作业时间12s,此时油茶果采净率平均值为93.37%,花苞损伤率平均值为13.16%。     

小型水果多功能采收装置设计与试验

我国是小型水果种植大国,小型水果外形类椭球状,如冬枣、桂圆、金桔、杨梅、李子、圣女果等,深受广大消费者喜爱。为解决小型水果采收过程中效率低、危险系数大、采收机具功能单一的问题,根据小型水果外形结构,设计出集采摘、枝叶分离、分级于一体的小型水果多功能采收装置。应用仿人手的梳齿采摘爪实现小型水果采摘;V形布置的橡胶对辊达到枝叶分离目的;分层布置的圆皮带实现果实分级。通过装置试验和响应面分析,确定梳齿采摘爪间距为16 mm, V形枝叶分离对辊转速为100 r/min,分级皮带转速为100 r/min,在此工作参数下,装置采摘效率高,枝叶残留率仅为2%,优于人工采摘,分级精度达到95%,果实破损率为0.2%。本装置集多功能于一体,结构简单,效率高,保障人身安全,提高小型水果采收机械化程度,为我国农业机械发展奠定基础。     

液压驱动式油茶果采摘机设计与试验

为提高电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器的采摘效率,设计了一种液压驱动式油茶果采摘机。通过分析油茶果与胶辊相互作用力的影响因素,确定了采摘机的主要工作参数。仿真分析了不同工作参数对油茶果与胶辊相互作用力的影响规律,并以上下组胶辊间距、旋转架转速、胶辊直径为影响因素,以油茶果采摘率和花苞损伤率为评价指标,在江西省林科院和江西农业大学分别进行了室外、室内采摘试验。结果表明,影响采摘率的因素由大到小依次是上下组胶辊间距、旋转架转速和胶辊直径;影响花苞损伤率的因素由大到小依次是胶辊直径、上下组胶辊间距和旋转架转速。结合室内、室外试验,运用综合评分法得出油茶果采摘率较高且花苞损伤率较小的最佳参数组合为:上下组胶辊间距15 mm、旋转架转速55 r/min、胶辊直径30 mm。与电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器相比,液压驱动式油茶果采摘机旋转架转速提高了83. 33%,采摘效率明显提高,其平均采摘效率为210个/min。     

振刷式枸杞采收机设计与试验优化

为了实现枸杞机械采收的高效、低损,融合振动和梳刷原理,设计了一种便携振刷式枸杞采收机,同时,根据枸杞鲜果与果柄脱离机理,采用单个集中质量力学模型,建立了采收机动力学模型,得到了采收机作用于枸杞鲜果的接触点位移、速度和加速度方程。运用ADAMS对采收机进行了运动学与动力学仿真,仿真结果表明:梳刷转速60～70 r/min、凸轮转速25～35 r/min、梳刷样式Ⅱ型时,熟果可以从果柄上脱离且不受损伤。采用三因素三水平二次正交旋转组合试验,建立了熟果采收率、青果错采率、熟果破损率与梳刷转速、凸轮转速、梳刷样式之间的数学模型,分析了各因素对熟果采收率、青果错采率、熟果破损率的影响,确定了最佳参数组合:梳刷转速64. 52 r/min、凸轮转速29. 68 r/min、梳刷样式Ⅱ型,并进行了田间试验验证。田间试验表明,熟果采收率为89. 12%,青果错采率为5. 87%,熟果破损率为6. 24%。     

电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器设计与试验

油茶果机械化采摘是目前亟待解决的难题,其中花苞损伤又成为机械采摘难以克服的问题。设计了一种电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器,分析了胶辊机构采摘油茶果的过程和原理,得到了油茶果碰撞脱落的临界条件。通过对采摘头回转架组件参数设计,确定了回转架组件上对辊间距有效调节范围为20~65 mm,初步拟定回转架转速范围为20~40 r/min。在江西农业大学油茶林进行了油茶果采摘试验,并对电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器作业中油茶花苞损伤进行了研究。结果表明:当胶辊直径为30 mm,间距为25 mm,胶辊旋转速度为30 r/min,胶辊线速度为0.833 m/s时,直径大于25 mm的油茶果能全部被采摘,漏采率为13.6%,且未开的花苞未见明显损伤。     

差速梳齿式菠萝采收机的设计及试验研究

目前,我国菠萝采收主要依靠人工完成,劳动强度大,工作效率低。针对这一问题,基于仿生学原理创新设计了一种差速梳齿式菠萝采收机。首先,针对“巴厘”品种的菠萝进行种植模式与物理性状分析;其次,通过三维软件建模完成差速梳齿式菠萝采收机的设计,确定采摘方式主要为旋转梳齿与固定梳齿差速配合完成菠萝采摘;最后,结合理论分析试制了差速梳齿式菠萝采收机样机,并开展了田间试验。选取机器行进速度、梳齿转速和梳齿数量为影响因素,以菠萝采摘率为评价指标进行田间试验,结果表明：当机器行进速度为2m/s、梳齿转速为15r/min、梳齿数量为6个时,菠萝采摘率最高为85.4%。研究结果可为提升我国菠萝生产机械化进程、减轻菠萝采收劳动强度和提高菠萝产业经济提供技术参考与借鉴。     

盘刷式矮密栽培落地红枣集条装置研制

针对新疆落地红枣人工集条劳动强度大、机械化程度低的问题,研制一种与落地红枣捡拾机配套的红枣集条装置。重点设计避障系统和仿形机构等关键部件,确定盘刷、液压缸行程和仿形机构的工作参数,结合避障工况需求,设计扫盘避障液压系统并对液压元件进行计算选型。以盘刷转速、盘刷前倾角和前进速度为影响因素,集条率和破损率为评价指标,开展三因素三水平正交组合试验,结果表明：各因素对集条率影响显著性顺序为盘刷前倾角、前进速度、盘刷转速,各因素对破损率影响显著性顺序为盘刷转速、前进速度、盘刷前倾角;采用多元统计分析方法得出最优水平组合为前进速度08 m/s、盘刷转速200 r/min、盘刷前倾角15°,此时集条率为97.54%、破损率为1.11%;在最佳参数组合下进行田间验证试验,集条率为96.64%,破损率为1.13%,试验值与理论预测值相对误差分别为0.93%、1.77%,各项指标符合设计要求。     

手持冲击梳刷式油茶果采摘装置设计与试验

针对丘陵山地油茶果人工采摘效率低、大型机械采收难且花苞损伤大等问题,设计了一种手持冲击梳刷式油茶果采摘装置,通过冲击指的碰撞作用和指间梳刷作用采摘油茶果,可有效降低花苞损伤率。以采摘装置质量最小化为目标,利用Ansys Workbench拓扑优化模块进行轻量化设计,机架减轻近30.59%;建立“冲击指-油茶果”碰撞模型和“主枝-细枝-茶果”三摆动力学模型,明确影响油茶果采摘效果的主要因素为油茶果的质量和压入变形量、冲击指质量和转速、枝条长度和质量;进而以冲击指转速和指间夹角、装置梳刷次数为试验因素,以采摘速率、采净率和花苞损伤率为评价指标,开展油茶果采摘试验并采用响应面分析法处理试验数据。结果表明,冲击指转速对采摘效果的影响最为显著,且当冲击指转速为409.8 r/min、指间夹角为4.1°、装置梳刷4.5次时,装置的采摘性能最佳;此时,油茶果采摘速率为43.67 kg/h、采净率为86.42%,花苞损伤率低于8.89%,满足高油茶果采净率和低花苞损伤率的工作要求。     

梳脱式钙果采收试验台设计与优化

针对目前钙果在梳脱过程中出现随机不定向脱落的问题，设计了梳脱式钙果采收试验台，并以电机转速、梳齿弯曲角度、梳齿排布弧度直径和梳齿材质为影响因素，采收率为评价指标进行试验研究。结果表明，梳脱式钙果采收试验台采收率随电机转速增大和梳齿材质本身弹性系数和摩擦系数的增大而逐渐降低，随梳齿弯曲角度和梳齿排布弧度直径的增大而逐渐升高。电机转速、梳齿弯曲角度和梳齿排布弧度直径对采收率影响的优先级依次为梳齿弯曲角度、梳齿排布弧度和电机转速。根据试验结果分析，综合考虑实际采摘效率，选择最优梳脱参数为转速25 r/min、梳齿弯曲角度120°和梳齿按直径为900 mm的弧度进行排布时，试验台采收率为95.03%。试验结果可为钙果机械化采收相关研究提供参考。      

履带式高地隙油茶果振动采收机设计与试验

针对油茶人工采收效率低,劳动力成本大,且油茶果成熟期短、花果同期等问题,设计了可实现连续振动落果和收集的履带式高地隙油茶果振动采收机。采收机采用骑跨式车架沿油茶树种植行行走,利用曲柄摇杆机构驱动多排阵列的指排杆按照一定的运动轨迹对树冠两侧同时击打作业,落果通过收集板汇集后输送到果箱。根据击打轨迹对采收机击打装置的曲柄摇杆机构进行设计,并用ADAMS软件验证指排架运动轨迹。通过ANSYS软件对击打装置机架和采收机车架进行有限元模态分析,获得其前6阶固有频率,确定其不会发生共振。为接收振动掉落的油茶果,设计了高低错落分布的收集板,不仅能接收落果,且能顺利避开树干,实现整机在运动中完成振动落果和收集作业。最后,加工装配振动采收机样机,在击打液压马达转速为360 r/min条件下进行油茶林地整机试验,试验结果表明,油茶果采收率为87.56%,花苞掉落率为25.86%,满足油茶果采收要求。     

基于往复振动方法的枸杞低损采收技术装备设计与试验

以解决枸杞自走式连续采收难题为目标,以往复式振动关键部件采摘方法为核心技术,农机农艺深入融合,建立适宜往复仿形振动采摘模式的枸杞栽培示范区,重点设计隧道式左右和上端阵列往复振动部件总成系统的仿形采摘关键部件,辅助设计柔性接果和输送风选归集系统,结合跨行自走式动力平台,集成研创基于往复振动方法的枸杞低损采收机。夏果初茬枸杞采收试验结果:当振动频率为37.5～50 Hz,枸杞成熟果的采净率为89.5%～96.4%,采净率随着振动频率的提高显著提高;在同一振动频率前提下,随着枸杞成熟度提升,采净率整体提高,成熟度与采净率关联显著。而振动频率为37.5 Hz,含杂率控制在14.4%～18.4%,显著降低含杂率。另外,干果损伤率为3.4%～10.2%,干果损伤率呈现随着振动频率提高而增加的趋势。夏果中茬枸杞采收试验结果:当振动频率为32.5～45 Hz,干果损伤率随着振动频率增加,呈先减小后增加趋势,数据显示当频率设置为37.5 Hz左右,该机采摘干果损伤率最低。新增误采率随振频变化规律:误采率为4.18%～11.36%,误采率与振动频率关系并不显著。最后,针对秋果,关于37.5 Hz最佳振动频率左右的鲜果损伤试验,显示鲜果损伤率均在5%以内,该机作业效率较高,一机抵30个人工。     

桑葚振动采摘参数的试验研究

我国大部分桑葚种植于山丘地区,存在采摘作业环境复杂、劳动强度大、人力支出费用高昂等问题。因此,必须对桑葚的脱落特性进行试验研究,探寻桑葚振动采摘的适宜参数,为实现桑葚的机械化采收提供指导,以此促进桑葚产业的健康发展。通过高速相机设备及东华动态测试系统对桑葚的振动脱落规律进行研究,探寻桑葚振动采收的最佳振动参数。试验结果表明:桑葚在振幅为18mm、转速为1 700r/min、主振频率为28Hz时,果实获得最佳的采摘率,且果树树体无损伤,无生果落果;过大的振幅将引起果树树干的剧烈振动,同时生果将随熟果一起脱落;过大的振动频率将对树体造成破坏,振动装置与树体的接触部位出现明显损伤;过小的频率或振幅所获得果实收获率较低。     

多级切流式花生捡拾收获机摘果输送装置设计与试验

全喂入切流式花生摘果作业方式作为花生机械化收获的主要手段,存在有效摘果时间短、损失率高的问题。为此设计一种多级切流式花生捡拾收获机摘果输送装置,主要由多级滚筒、前输送板、驱振轴和后输送板等组成,将传统花生捡拾收获机的摘果装置与输送装置一体化,采用7级滚筒串联与振动输送组合的结构形式实现摘果与输送协同作业。本文在对关键部件作业原理分析的基础上进行结构和参数设计;采用离散元软件EDEM仿真优化方法对输送板的运动参数（方向角、振幅、频率）进行仿真分析;以花生主产区典型品种“大白沙”作为研究对象,通过田间试验对摘果输送装置的作业性能进行试验验证。结果表明,当花生植株喂入量5.6kg/s、二级滚筒转速325r/min、其他滚筒转速239r/min、输送板方向角25°、振幅45mm、频率7Hz时,花生摘净率98.41%,破损率4.76%,夹带损失率1.46%。各项性能均满足设计要求。     

模拟手枸杞采摘机设计

为解决现有采摘机对果实损失较大以及采摘效率低等技术问题,根据枸杞果实成熟自然特性,设计模拟手枸杞采摘机。手持采摘头内两旋转体的表面相对称凸出设有若干胶环。两旋转体通过直流电机的传动进行相对运动,实现了模拟人手采摘动作采摘果实。整机性能测试结果表明,手持采摘头质量约300 g,直流电机转速在120 r/min,运行平稳可靠,采摘枸杞果时对树叶和不成熟果实没有损伤,不影响采后产量和生长。每小时可采摘成熟枸杞果15～20 kg,而每小时手工采摘成熟枸杞果只有2～3 kg。该机具可以满足大面积枸杞采摘的需要,采摘速度是人工的7～8倍。     

打瓜集条机设计与试验

打瓜是新疆地区重要的经济作物,研发适合新疆地区的打瓜收获机械,对提高打瓜收获效率、增加农民经济收益具有非常重要的意义。为此,设计了一种打瓜集条机,利用螺旋输送装置对田间自然分布的打瓜进行集条处理,为打瓜收获创造条件。通过建立数学模型的方式对打瓜集条机螺旋输送装置的转速、直径、螺旋升角等参数进行分析与设计,为打瓜的机械化收获创造条件。田间试验结果表明:在规定作业速度下,当螺旋转速达到120r/min以上时,集条率可达到90%以上;螺旋转速超过160r/min时,打瓜破损率接近或超过5%,破损率超标;当机具作业速度为4km/h、转速120r/min时,集条率为95.7%,打瓜破损率为4.5%,可以取得较好的集条效果,且打瓜破损率满足指标要求。     

胡萝卜缨果拉拽式分离装置设计与试验

为了获得胡萝卜缨果拉拽式分离装置最优设计参数,以获取最佳分离效果,建立了拉拽式缨果分离装置运动学模型,定性分析了相关参数对拉拽杆运动学特性的影响。设计了胡萝卜缨果拉拽式分离试验台并进行了缨果分离正交试验,经分析发现拉拽杆的转速对胡萝卜缨果分离效果影响最大,拉拽杆与输送带的夹角对胡萝卜缨果分离效果的影响显著;同时得到了胡萝卜缨果分离装置的最佳参数组合:拉拽杆转速为200 r/min、输送带线速度为1.2 m/s、拉拽杆与输送带夹角为40°,此时缨果分离的一致性为97%,成功率为94%,损伤率为7.7%。