青皮核桃挤压式捡拾机构的设计与试验

【目的】我国核桃捡拾仍是人工收集,工作效率较低、劳动力成本逐年提高,且现有机械设备无法满足核桃捡拾要求。【方法】基于青皮核桃种植环境及物理参数,设计了一种挤压式青皮核桃捡拾机构,对机构的捡拾过程进行了理论与运动学分析,且制作了样机进行了仿真分析,并选取30个不同尺寸青皮核桃进行了验证试验。【结果】捡拾机构工作时,质心运动速度波动较小,位移变化稳定,青皮核桃平均捡拾时间约为2.7 s,同时试验过程中捡拾机构产生的接触力最大为22.3 N,满足强度要求,青皮核桃捡拾无损率为98%。【结论】设计的装置可以满足青皮核桃采收作业的捡拾要求,结构简单,操作便利,工作效率高,大大降低了人工成本,具有广阔的应用前景。     

核桃捡拾机关键部件设计与分析

【目的】解决目前人工捡拾核桃效率低等问题,实现核桃的自动化捡拾作业,提高核桃的采收效率。【方法】课题组针对新疆核桃的种植模式与生长特点,研制了一种能够实现落地核桃聚拢、收集、杂质分离以及脱皮清洗一体化的核桃捡拾机,以聚拢、分选、清洗步骤为研究主要对象,利用SolikWorks软件进行核桃捡拾机的三维建模,并对刀片进行静力学及模态分析。【结果】1)从等效应力图中可以看出,刀片的最大等效应力为6.454 9×10^-4 MPa,在实验中远小于合金钢的最大许用应力;2)从模态云图中可以得到刀片的前6阶固有频率,均远远大于刀片的最大激振频率0.5 Hz,因此刀片在工作运行情况下不会产生振动和噪声,也不会出现共振现象,刀片设计较为合理。【结论】研究结果可为自动化核桃捡拾机的机械设计与改进提供理论参考,从而代替人工捡拾作业,减轻农民的劳动强度,有助于提高我国核桃收获作业的效率和质量。     

自走式油菜捡拾脱粒机的设计与试验

我国大部分地区油菜收获主要靠人力,其生产效率低、劳动强度大、机械化水平很低,严重制约着油菜产业的进一步发展。为此,设计了一种油菜捡拾脱粒联合收获机,该机可将油菜捡拾后输送到联合收获机内完成脱粒分离清选。阐述了油菜捡拾脱粒机的总体结构以及捡拾器、脱粒分离、清选装置等主要工作部件的设计。试验结果表明,该机收获工艺合理,具有良好的适用性,主要性能指标达到了设计要求。     

便捷式核桃采摘机的试验研究

针对陕西核桃采摘效率低、劳动强度大和生产成本高的生产实际,研究开发了先进实用、操作简便、适宜矮化新品种核桃树的便捷式核桃采摘机。性能试验和测试表明,所研制的核桃采摘机具有操作便利、工作稳定可靠、偏心振动频率高、振幅小且不伤树等显著特点,达到了预期设计目标,可满足采摘过程的农艺要求。     

矮化密植红枣收获机捡拾装置的设计

针对红枣人工捡拾劳动强度大、作业效率低、生产成本高等问题,设计了一种矮化密植红枣收获机捡拾装置。该装置与红枣收获机联合作业,能够实现红枣一次性捡拾收获。为此,介绍了捡拾装置的结构与工作原理,并对关键工作部件进行了设计。采用复数矢量法对捡拾机构进行运动学分析,确定了偏心轮、吊杆、连接杆等关键工作部件的结构参数。通过对捡拾拨杆进行运动分析,获得了工作过程中拨杆端点的运动方程,并确定了红枣抛送初速度与偏心轮转速之间的关系,为红枣收获机捡拾装置的试验研究提供了理论基础。     

牵引式花生捡拾收获机的设计与试验

目前,我国部分区域仍采取人工作业方式进行收获,劳动强度大,生产效率低,难以满足当前花生产业发展的要求。花生收获对农时要求较高,每年的八九月降水较多,抢收对提高花生质量尤为重要。针对这一现象,设计一款采用拖拉机牵引,通过捡拾装置对花生秧果捡拾,经摘果装置进行秧果分离,并利用风机和振动筛进行清选除杂,把花生果和秧分别收集的花生捡拾收获机。对捡拾收获机关键装置进行设计,并进行田间性能试验~([1])。结果表明:牵引式花生捡拾收获机的秧果捡拾率为97.48%,花生荚果含杂率为1.66%,花生荚果破碎率为1.77%,整机的捡拾效果和清选效果比较好。     

云南山地核桃振动采摘机的设计与试验研究

为了解决云南省山地核桃收获机械化作业率低、人工劳动强度大、采摘成本高的问题,通过对云南山地核桃物理特性进行分析,设计了一种新型山地核桃振动采摘机。通过理论分析设计了核桃采摘机的关键部件,建立了三维模型,并运用ADAMS对采摘机构进行仿真。运用ANSYS Workbench对核桃收获过程进行模拟分析,结合正交试验确定了采摘机的最优工作参数,为采摘机设计提供了理论基础,并以此为设计参数进行样机试制,进行了田间试验。仿真结果表明：核桃采摘机在汽油机转速为2500r/min(即振动频率为20Hz)时,树体伤害最小。根据正交试验可知：汽油机转速为2480r/min、夹持位置为1038mm、连杆长度为55mm时,性能最优。田间试验表明：仿真试验结果正确,核桃采摘机采摘率为85.58%,满足核桃采摘需求,且对核桃树枝几乎没有损伤。     

自走式马铃薯捡拾机捡拾装置参数优化与试验

为解决马铃薯分段收获后,人工捡拾劳动强度大、效率低、成本高等问题,设计了一种自走式马铃薯捡拾机捡拾装置。针对捡拾装置喂入部分易壅土,造成马铃薯输送不通畅,影响整机作业效率的问题,设计了一种具有双层反转链条夹持输送功能的捡拾装置。为确定捡拾装置最佳的作业参数,基于离散元软件EDEM和多体动力学软件RecurDyn耦合仿真,运用Box-Benhnken试验方法,以马铃薯流量和伤薯率为试验指标,以捡拾装置前进速度、捡拾铲入土深度、捡拾装置输送链线速度和反转夹持链线速度为试验因素,对该装置工作参数进行四因素三水平试验,使用Design-Expert软件建立二次多项式回归模型。对回归模型进行优化后,绘制出响应面曲线图,得出该装置最佳工作参数。田间试验表明,当捡拾装置前进速度为0.70 m/s、捡拾铲入土深度为120 mm、捡拾装置输送链线速度为1.20 m/s、反转链线速度为1.20 m/s时,马铃薯流量为5.94 kg/s,伤薯率为2.10%,与仿真理论值相比,误差分别为3.30%和4.48%。该研究可为马铃薯捡拾装置设计提供参考。     

核桃采收机械的研究现状及发展趋势

由于核桃树高度较高、采摘难度较大,人工采摘机械化程度低、人工收获效率低、劳动强度大、人力成本高,且对人体劳动损伤大。基于此,本研究通过对国内外核桃采摘机械的发展研究现状进行分析,阐述了机械臂式、振动冲击式、平台式和拍打式4种典型的核桃机械采收方式,梳理了这4种核桃机械采收方式的不足之处：目前使用的机械臂式采收装置作业效率较低;振动冲击式机械装置的振幅不易控制,振幅较大容易损伤核桃树,振幅较小不易摇下核桃,并且振摇装置会随发动机的运行而振动摇摆,既浪费资源,又不安全;平台式和拍打式机械的半自动化作业又缺少一种完备的收集装置来解决核桃掉落之后的收集问题。针对我国核桃采摘机械未来的研究重点,本研究设想了一种偏心式捡拾机构,该机构可以在核桃自然或人工干预掉落后完成核桃的捡拾作业,并可以保证核桃的品质。     

小型马铃薯捡拾分级机的设计与试验

针对国内普遍存在的马铃薯挖掘机将薯块挖掘条铺后人工捡拾、分选而带来的工作效率低及劳动强度大等问题,设计了一种小型马铃薯捡拾分级收获机。该机主要由捡拾装置、薯土分离装置、薯块升运装置、薯块分级装置及收集装置等组成,可一次性完成马铃薯的捡拾、分级、收集等工作,有效地解决了马铃薯收获后人工捡拾、分拣等费时费力的问题,可大大提高生产效率,减轻劳动强度,降低收获成本。     

基于无人机平台的气振式核桃采收机设计与试验

针对云南山地种植的深纹核桃树体高大造成现有机械难于采收,而人工爬树用竹竿击打采收成本高且伤亡大的问题,提出了搭载无人机的气振式核桃采收原理及方法,基于深纹核桃成熟果实的果柄连接强度的测试与分析结果,进行了核桃脱落的气振流动仿真分析,设计了搭载于六旋翼农业植保无人机上的气振式核桃采收机,分析了气振式核桃采收机在发射气振时的反冲稳定性,实施了气振式核桃采收机搭载无人机进行采收的试验验证,按效率优先和采净率优先两种采收模式,对气振式核桃采收机的采收效率和采净率做了预测分析。研究结果表明,核桃成熟度为80%、90%和100%时,使核桃果柄断裂实现落果的气振临界流速分别为77.5、69.0、58.5m/s;气舱容积为20L且气压为1MPa时,气振式核桃采收机的气动喷口至核桃挂果位置的最佳距离为0.5m,单次气振流动采收的最大有效面积的仿真值和试验值分别约为0.09m2和0.10m2,最大有效采收面积随着到气动喷口距离增大而减小。     

一种拉切式水果采摘器的设计

针对传统水果采摘方式劳动强度大、现有采摘器对复杂地形果园的水果采摘不便的问题,设计了一种由拉切装置、收集装置、支撑杆和拉绳装置等组成的拉切式水果采摘器,对该采摘器零件进行加工和装配得到其实物模型,并使用该实物模型进行了水果采摘实验。实验结果表明该采摘器具有携带方便、重量轻、操作灵活,可以在复杂的地形当中使用,且采摘过程对水果有保护作用的特点,且随着采摘时间越长其采摘效率越高,应用前景广泛。     

花生秧蔓打捆装置设计与试验

针对目前国内花生收获工作过程中存在秧蔓浪费严重的问题,设计了一种与花生联合收获机配套使用的秧蔓打捆装置,在收获花生果实的同时,可对秧蔓进行青贮打捆处理。通过理论分析确定了秧蔓打捆装置及保证圆捆质量的秧蔓切根机构主要机构结构参数和分布型式。田间试验结果表明:添加打捆装置的花生联合收获机作业后的平均秧蔓粉碎率为99.1%,秧蔓损失率为0.4%,秧蔓切根率为98.7%,成捆质量57kg,各项性能指标均达到相关设计标准,且花生秧蔓打捆装置能与花生联合收获机的挖拔、清土、摘果、清选装置较好配合。研究可进一步丰富我国花生机械收获体系,弥补国内花生秧蔓青贮处理机械的空缺。     

对辊式红花采收实验台的设计与研究

为满足红花收获机械的发展要求,在消化吸收我国现有的红花收获机及对辊式收获技术的基础上,创新设计了对辊式红花收获试验台。以采摘机采摘头为对象,通过对采摘头工作原理及参数的分析,确定了该试验装置的基本结构参数,试制了该对辊式红花收获验台。整机包括支撑滑动机构和调整机构,重点对间隙调整机构进行了设计,利用该装置可以完成对辊间隙、胶辊直径和胶辊转速的调节,并以此为影响因素,对采净率、破碎率等评价指标进行分析及优化,旨在为辊式采收机具的设计提供参考依据。该装置为红花采收机的研制及采收性能的分析提供了实验测试平台,对实验台关键受力部位进行了受力分析,并对实验流程提出了合理建议。经验证,该采收实验装置工作性能稳定,对采收机采摘头的设计具有实际指导意义。     

红花丝采摘装置的凸轮机构运动失真研究

针对红花丝采摘装置漏采的问题,对其采摘装置进行动力学分析。研究表明:凸轮机构的运动失真是导致采摘性能降低主要因素,表现为凸轮与推杆顶端出现局部脱离,造成冲击振动,带动安装在推杆上的动齿与主轴上的定齿振动,导致红花丝夹不紧,出现漏采现象。为此,建立了推杆在弹簧作用下的动力学模型,利用MatLab软件对推杆在弹簧作用下动力学模型进行了分析,调整该模型参数,使凸轮回程型线产生对推杆的支持力始终小于弹簧的弹力,保证凸轮与推杆始终接触,消除动齿与定齿的振动,降低红花丝采摘装置漏采率,改善红花丝采摘装置的运动性能。同时,对凸轮升程型线进行设计,通过Creo软件仿真,推杆运动平稳,通过高速摄像验证设计理论的正确性,提高了红花丝采摘装置的采净率。     

轴流式花生捡拾收获机设计与试验

针对花生全喂入捡拾收获过程捡拾率低、荚果损失率高、生产率低等问题,基于花生生物学特点、荚柄脱离特性及荚果破损机理,设计了一种轴流式花生捡拾收获机。整机采用自走式底盘驱动,配套动力120 kW,主要由捡拾装置、输送装置、摘果装置、清选装置、底盘系统、集果装置等组成,可一次完成对田间条铺花生植株的捡拾、输送、果蔓脱离、果杂清选、提升集果等功能。在分析整机工作原理的基础上,进行了关键部件结构设计及参数确定,通过动量守恒原理和赫兹接触理论建立捡拾过程的碰撞模型和摘果装置关键参数方程,并对荚果破损和荚柄分离力学模型进行了定量分析,确定以弹齿转速、摘果滚筒转速、机具前进速度为主要影响因素,并针对“开农61”品种花生进行试验研究。结果表明,最优参数组合为弹齿转速68 r/min、摘果滚筒转速447 r/min、机具前进速度1.4 m/s,对应的捡拾率为98.62%、荚果损失率为2.11%、生产率为0.61 hm^2/h,捡拾率、生产率比优化前分别提高了2.1、4.5个百分点,荚果损失率比优化前降低了0.9个百分点,综合性能明显提高。     

鲜食玉米收获机关键部件设计研究

针对鲜食玉米人工收获劳动强度大、普通玉米收获机收获损伤率高的问题，采用仿生摘穗原理研发鲜食玉米收获机，对夹持装置、摘穗装置、切割装置等关键部件进行了设计研究，确定了其参数。田间试验表明可满足鲜食玉米收获要求，具有推广应用前景。     

基于TRIZ理论的红花丝盲采装置设计与试验

针对红花花球分布层次不齐造成机械采收效率低等问题,设计一种红花丝盲采装置。通过分析人工手采摘红花丝的过程,利用TRIZ理论,建立红花丝采摘的物质-场模型,得出红花丝最佳采摘方案为利用采摘齿与红花丝碰撞的盲采。采用凸轮机构作为红花丝采摘的驱动机构,利用TRIZ理论的冲突矩阵对应的发明原理,对凸轮机构的结构进行改进,使凸轮机构完成红花丝的夹紧与拉拔两个驱动。设计了一种新的弧形采摘齿,解决了红花丝漏采难题。利用Creo软件建立红花丝盲采装置的三维模型,并研制样机进行试验,试验结果表明,当该装置前进速度为0.5 m/s,采摘齿转速大于6 r/s时,红花丝的采摘效果最佳,采净率约为90%。     

柳树插条自动喂入装置取料机构优化设计与试验

针对我国柳树插条半自动扦插作业人工喂入劳动强度大和作业效率低的问题,提出一种实现有序出料、取料和送料功能的柳树插条自动喂入装置,并针对该装置进行取料机构的优化设计与相关试验研究。建立取料机构运动学模型和优化设计模型,应用自主开发的软件分析确定了取料机构参数的取值范围,进而利用Matlab软件的遗传算法工具箱实现取料机构的参数优化;完成取料机构结构设计,进行取料机构虚拟运动仿真验证;研制取料机构样机和柳树插条自动喂入装置试验台,开展取料机构高速摄像试验和柳树插条自动喂入试验,研究取料机构运动特性,检验自动喂入装置的工作性能。在自动喂入效率达到55株/min时,柳树插条喂入成功率约为83%,表明该装置具有应用于柳树插条自动扦插机的可行性。     

鲜食大豆收获机弹齿滚筒式采摘装置设计与试验

针对鲜食大豆采收劳动强度大,人工采摘效率低,缺少相应收获机械装备等问题,结合鲜食大豆种植模式和采摘期植株物理特性,设计了一种弹齿滚筒式鲜食大豆采摘装置。阐述了弹齿滚筒采摘装置的工作原理,对采摘过程中的豆荚进行运动学分析,并对装置关键部件进行了参数设计和结构优化,确定了影响作业效果的因素。通过单因素预试验确定了关键参数的范围,以前进速度、滚筒转速、割台高度为试验因素,以掉落率、挂枝率、破损率为试验指标进行三因素五水平二次正交旋转中心组合试验,建立了试验因素与试验指标间的数学模型,并分析了各因素对试验指标的影响。对模型进行粒子群算法优化,预测最优参数组合为：前进速度0.43m/s、滚筒转速245r/min、割台高度4cm,对应的掉落率、挂枝率和破损率的预测值分别为10.6%、4.4%、5.6%。对最优参数组合进行田间验证试验,结果为掉落率11.8%,挂枝率4.0%,破损率6.1%,试验结果与理论预测值的相对误差均不高于10.1%。方差分析表明各评价指标的实际值和预测值之间不具有显著性差异。研究结果可为鲜食大豆采摘装置设计提供参考。