滚筒梳剪式荔枝采摘机齿形板的力学仿真分析

为了提高荔枝采摘效率,减轻劳动强度,降低生产成本,研发了一种滚筒梳剪式荔枝采摘机。根据荔枝果实尺寸和枝条物理特性,对采摘机的关键部件齿形板的结构进行了优化。基于ANSYS有限元分析平台对齿形板在剪切过程中刚度和应力变化进行仿真分析,结果表明：齿形板总位移由面板末端到齿顶逐渐增大,在齿顶附近达到最大值2.324 mm;齿形板齿面区域为低应力区且应力分布较均匀,安全系数为4.23;齿形板下端面螺栓连接处的附近等效应力最大,约为436.84 MPa。仿真数据验证了齿形板结构设计的可靠性,并为其局部结构的进一步优化提供了依据。     

手持式电动水果采摘机设计

针对果园采摘作业占有劳动力多,采摘效率低、机械化采摘困难等问题设计了一款操作简便且通用性强的手持式电动水果采摘机.该采摘机由切割刀片、刀片驱动电机、载果框、伸长杆、手柄、切割按键及控制器组成.采摘时,按动切割键,刀片驱动电机带动切割刀片旋转割断果柄,控制器同时检测刀片的起始位置和电机驱动电流,保护电机及控制器.该采摘机结构简单,成本低廉,能减轻劳动强度,能完成多种水果的采摘,提高了采摘效率.     

滚筒梳剪式荔枝采摘部件的设计与优化

【目的】设计一种滚筒梳剪式荔枝采摘试验装置,并优化采摘部件的结构.【方法】以齿形板数量、齿形板折弯角度、刀片数量和滚筒转速作为影响因素,以生产率、摘净率和破损率为采摘指标,开展四因素三水平的正交试验.【结果和结论】试验结果表明:齿形板数量为4、齿形板折弯角度为120°、刀片数量为13、滚筒转速为44 r·min-1时为最优组合,此组合的采摘试验装置生产率为2.604 kg·min-1.研究结果可为荔枝采摘机械的设计与开发提供参考.     

机器人采摘荔枝的跌落碰撞损伤试验

【目的】减小机器人采摘荔枝时因回收放置不当产生的跌落碰撞损伤。【方法】对荔枝进行跌落碰撞试验,分析不同的跌落碰撞条件对荔枝失质量率及果壳褐变指数的影响。【结果】荔枝失质量率及果壳褐变指数随着采摘回收下放高度的提高和储藏时间的延长而分别增加;相同下放高度,碰撞接触材料为PVC板时,荔枝失质量率及果壳褐变指数最大;试验范围内,回收装置采用塑料框时,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为60 cm,储藏1周为30 cm;回收装置为瓦楞纸果箱,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为75 cm,储藏1周为45 cm;回收装置底层布满荔枝后,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度可提高到90 cm,储藏1周可提高到60 cm。【结论】该研究可为荔枝机器人采摘回收放置减损策略的构建提供指导。     

基于ANSYS/LS-DYNA的果枝修剪过程仿真与试验研究

【目的】深入研究果枝修剪过程特性及切割机理,为优化修剪机具核心剪切部件、提高电动修剪机切割性能提供参考。【方法】以‘石硖’品种龙眼树枝为试验对象,采用ANSYS/LS-DYNA对树枝切割过程进行有限元仿真,搭建树枝切割试验平台进行切割试验,验证仿真模型的准确性,使用高速摄像机观察树枝切割过程,分析动刀片、树枝、定刀在切割过程中的应力分布及切割机理,确定最大等效应力出现的区域。【结果】实际试验与仿真试验的切割过程都可分为5个阶段：挤压阶段、切入剪切阶段、稳定剪切阶段、剪断阶段、树枝振动阶段,实际切割力略大于仿真值,切割10、15和20 mm直径树枝刀具峰值切割力实际值与仿真值最大相对误差为7.8%,平均相对误差为7.0%,试验和仿真切割力曲线趋势大致相同。切割过程中动刀片、树枝和定刀最大等效应力出现在刀刃、树枝和定刀切口附近,动刀片、定刀最大等效应力均小于刀具材料屈服极限,刀具不会发生失效。【结论】该有限元模型与实际情况基本符合,对修剪机具的设计和改进具有一定的参考价值。     

荔枝单果采摘机设计

为实现荔枝单果采摘机械化,对其单果采摘机进行了设计。阐述了采摘机的各部件设计原理,确定各部件结构,并对主要受力部位进行了有限元分析,分析结果表明,伸缩杆的最大应力11.65MPa远小于屈服极限325MPa,最大合位移仅约为杆长的0.12%,伸缩杆的刚度满足工作要求。     

柑橘采摘机器人末端执行器夹持机构设计与实验

改进末端执行器的采摘成功率是提高采摘机器人采摘能力的重要手段。由于在相同剪切速度和果柄直径下,采用简支梁的剪切方式比采用悬臂梁剪切方式更容易剪断果柄,而通过夹持机构夹住柑橘再进行剪切能实现简支梁方式剪切果柄,因此可在末端执行器增加夹持机构来提高末端执行器的采摘成功率。通过对柑橘的极限挤压试验,得出柑橘在受压面直径为14.12 mm的条件下,所能承受的极限载荷为14.0 N。据此结果和柑橘相关参数,设计了夹持机构手指,并确定了其对柑橘的最大夹持力不超过102.41 N,同时根据前期研究成果和果柄受力分析,确定夹持机构的最小加持力不得小于3.79 N。由夹持机构运动特点完成控制系统设计,建立夹持机构三维模型并进行有限元分析与验证。制作了夹持机构样机并进行了不同品种柑橘的夹持实验,并将夹持机构安装在末端执行器上,在室外自然条件下进行无夹持机构和有夹持机构的采摘对比实验。实验结果表明,夹持机构可实现对各品种柑橘的无损夹持,增设夹持机构后末端执行器采摘成功率由70%提升至85%,对末端执行器采摘成功率有显著提升,从而提高了采摘机器人的采摘作业能力。     

基于采摘质量的采棉机水平摘锭采摘头结构分析

采摘头是采棉机的核心部件,它的工作状况对棉花采摘质量尤为重要.采摘头主要有水平摘锭和垂直摘锭2种,目前世界范围内大部分采棉机的采摘头为水平摘锭.衡量采棉机作业性能的一个重要指标就是采摘质量,采摘头作为采棉机的唯一采摘单体,通过对其结构进行研究分析,可为国产采棉机的研制和发展提供依据和技术参考.     

菠萝自动采摘机的结构设计

提出了对菠萝实现自动采摘的总体结构方案,主要由机架部分、采摘部分、刀具升降部分、动力传动部分、果实输送部分等组成,并对各部分结构设计作了进一步阐述。为便于进行结构上的干涉检查以及动力学特性研究,建立了基于SolidWorks的菠萝采摘机主体结构三维模型,主要研究了导果槽细部结构对采摘后菠萝运动轨迹的影响规律,优化了导果槽的结构参数。     

果园便携采摘系统的研究设计

为提高果园采收环节机械参与力度,设计了一种基于人工采摘的"单人,轻量,低能耗"采摘作业平台,并实现对苹果人工辅助识别下自动采摘以及全自动输送和装箱。对采摘作业平台的果实输送系统设计作业,其设计充分考虑机械损伤理论,利用三级输送装置实现苹果从采摘工位到果箱的转移过程,对整体装置中各功能单元的空间布局,结构尺寸和工作原理进行细致而全面的设计与分析。样机实验结果表明:模拟实际采收条件下,在果实通过量90个·min~(-1)情况下,损伤率不超过5%,每小时最大采摘量为5 400个,设计满足和实际作业要求。     

基于SA-PSO算法采摘机械臂参数优化

当前油茶果的采摘方式为人工采摘,采摘方式落后,采摘效率低,导致生产成本高,严重制约油茶产业的健康发展。为解决这一问题,实现油茶果机械化和自动化采摘,设计了一款振动式油茶果采摘机。油茶果采摘机工作过程中采摘机械臂的结构尺寸将会限制其工作的范围。为确保采摘机能高效率的采摘油茶果,对采摘机械臂进行参数优化,寻找最优参数。结合实地考察的结果,确定优化设计的变量为举升液压缸行程Sj、伸缩液压缸行程Ss、俯仰液压缸行程Sf,建立目标函数,确定约束条件。基于SA-PSO算法,对油茶果采摘机械臂进行结构参数优化,得到最优参数解:举升液压缸行程为Sj=154mm,伸缩液压缸行程为Ss=320mm,俯仰液压缸形成为Sf=166mm,为采摘机的优化设计了提供了理论数据支持。     

啤酒花自动采摘机的结构设计及机理分析

介绍了1种啤酒花自动采摘机的主要结构设计及工作机理.通过对啤酒花品种‘青岛大花’的力学特征分析,采用了捋花采摘的设计思想,机器摘花时作用于花瓣上的力较小,采摘动作柔和,使啤酒花采摘时的破碎率降低,损失率减小,并通过调整摘花轮之间的差速度提高啤酒花的摘净率.对于不同品种啤酒花,因其力学特性与‘青岛大花’不同,可通过调整摘花轮之间的差速系统达到对不同品种啤酒花的采摘要求.     

柑橘采摘机器人末端执行器设计与试验

作为采摘机器人的重要组成部分,末端执行器是与采摘对象直接接触的最后执行部件,由于其采摘对象的特殊性,末端执行器的研制成为了农业机器人尤其是果蔬采摘机器人的关键技术之一,它的性能优异程度直接影响机器人的收获效率。基于仿生学理念,以蛇的吞咽动作和上颚结构为构型设计原型,提出末端执行器设计的机构构型,并完成末端执行器的初步模型设计。完成其控制系统设计与气压驱动系统设计,实现下位机控制器Arduino与PC上位机的通信。根据柑橘果实的生长情况与该型末端执行器作业状态分析,设计了末端执行器采摘试验,完成其采摘成功率分析与采摘执行系统优化。     

烟秆切割力影响因素试验研究

为了解影响烟秆切割力大小的因素,自制夹具,在万能试验机上对烟秆试样进行了单因素和多因素切割力测试。单因素试验结果表明：无论采用光刀片还是锯齿形刀片,以滑切方式切割的切割力最小;光刀片和锯齿形刀片滑切的切割力都与切割速度呈负相关,与切割角度和试样直径呈正相关。多因素试验结果表明：影响烟秆切割力的因素由大到小依次为切割速度、切割方式、切割角度、试样直径、切割刀片形式;最佳切割方案为滑切,切割速度为300 mm/s,切割刀片为光刀,切割角度为0°,试样直径为26.5 mm。     

液肥注射式变形齿轮扎穴机构设计与试验

针对现有扎穴机构存在传动系统复杂、扎穴穴口较大等问题,设计传动系统简单且可实现穴口小变形齿轮扎穴机构。根据变形齿轮啮合特点,构建扎穴机构变形齿轮行星轮系节曲线数学模型。应用VB语言开发该扎穴机构仿真优化软件,分析变形齿轮长半轴a、变形齿轮偏心率e、变形齿轮变形系数m1等重要参数对扎穴轨迹影响,通过人机交互方式优化可满足扎穴机构工作要求的结构参数。应用Pro/E软件建立扎穴机构三维模型,ADAMS软件模拟仿真,喷肥针尖运动轨迹曲线与理论分析轨迹一致,验证机构设计合理性。台架试验总平均穴口宽度为21.1 mm、穴距220.1 mm。结果表明,该扎穴机构满足喷肥针扎穴穴口性能要求,可为深施型液态施肥机设计提供理论参考。     

一种新型油茶果摘果机研制及动态特性试验研究

为改善现有油茶果摘果机工作效率低以及需要人工辅助采摘等技术难点，设计了一种基于多连杆机构的油茶果采摘机，通过液压系统驱动执行机构进行往复运动，实现了振动式自动采摘油茶果。本研究首先介绍了基于多连杆机构的油茶果摘果机工作原理，确定了曲柄滑块机构关键部件的结构参数并完成了可调速液压系统设计。然后，开展了油茶果摘果机关键部位加速度和动态应力测试，评估了运动特性及强度指标。结果表明，整机能够正常运转，但是，滑块最大加速度为90 m·s^-2，上底盘最大应力为541 MPa，安全系数<1，需要开展优化设计。     

全液压振动式红枣采摘设备的设计和研究

红枣采摘作业是林果业生产中非常重要的环节。红枣采摘机械的使用可以解决人工采摘红枣时所出现的劳动强度大、效率低、成本高等不足。将液压技术应用到红枣采摘机械设备中,可使设备具有传递功率大、结构简单、传动平稳等优点。设计出一种全液压振动式红枣采摘设备,依靠液压系统驱动偏心装置使其产生振动来完成红枣的采摘,该设备结构简单、设计合理、操作方便,可为同类型林果类采摘设备的设计和研发提供一定的参考价值。     

手自一体式山核桃采摘机的设计与试验

为提高山核桃采摘效率,降低采摘成本,针对目前我国山核桃高空作业机械化程度低等特点,设计并研制了一款手自一体式山核桃采摘机。文章阐述了该机关键部件的设计,并对偏心轮机构进行数学建模与分析计算。应用ANSYS对果树进行自由模态响应分析,初步确定山核桃树采摘的频率范围为7~20 Hz。根据山核桃采摘试验,结果表明:振动频率对果树的采摘率具有显著影响(P=0.05),果实采摘率随振动频率的增大而增大,当振动频率为22 Hz时,采摘率为95.1%;为了提高采摘率且尽可能减小芽枝和果树的损伤,建议控制采收频率为16~18 Hz,此时果实的平均采摘率为83.9%~88.0%。未采摘的果实通过人工或机械二次采摘。