基于高速摄像技术落果运动规律的研究

研究枝干和杏果实在落果过程中的瞬时速度及位移变化规律,为振动机械化采收提供必要的理论依据。通过机械振动装置对杏树进行振动采收试验,借助高速摄像仪对振动采收过程进行跟踪拍摄记录,利用Phantom软件对图像进行分析、计算。由分析可知:在受迫振动中同枝干、不同位置的杏果实瞬时速度的变化规律有6个阶段,所在枝干的瞬时速度峰值出现时刻都较杏果实瞬时速度峰值出现的早;杏果实瞬时速度的变化周期与所在枝干瞬时速度的周期变化相近,约为70~80ms,完全分离前的6~10ms,杏果实与所在枝干的相对瞬时速度达到最大。结果证明:振动采收时使用高速摄像装置进行速度分析,可以较好地得到落果的运动规律,直观地了解整个落果过程并且量化杏果实的力学性能参数。     

杏果实振动采收速度规律的研究

研究了杏果实在振动采收过程的运动规律、果实振动脱落时的速度变化规律。运用果树振动装置进行了杏果实振动采收试验,借助高速摄像仪对振动采收过程进行了跟踪拍摄,通过Phantom软件对图像进行捕捉、跟踪、分析和计算。结果发现:杏果实完全脱落前6~10 ms时刻,由于惯性力的作用使得果柄沿径向出现裂痕,表现出脱落的迹象;杏果实与枝干的相对瞬时速度出现峰值,果柄横截面出现裂纹,发生断裂。应用高速摄像技术对振动落果时的速度进行研究,可以较好地反映落果的运动规律,直观地了解整个落果过程。     

枸杞果实振动脱落特性模拟仿真及试验研究

为深入研究枸杞果实-果柄振动分离特性,确定成熟枸杞果实-果柄分离用时最短的激振振幅与频率组合,研究了枸杞果实振动脱落机理,并通过仿真试验得到了最佳振幅和频率、枸杞脱落数量与时间的关系曲线、振动杆加速度和枸杞果实的加速度。搭建了枸杞振动试验台,以脱落所需时间为指标,分别对成熟和未成熟枸杞进行了振动脱落正交试验,获得了不同激振组合参数下振动杆的加速度及枸杞的脱落情况,最终确定了试验因素的最佳组合为:激振振幅12mm,激振频率16Hz。该条件下成熟枸杞脱落用时为1. 39 s,激振方向最大加速度为162. 81m/s2。本研究可为振动式枸杞机械收获装置的设计提供理论依据与数据支撑。     

杏果树激振收获能量传递的初步研究

为解决杏果实机械振动式采收的问题,根据新疆实地果品采收要求,介绍了激振式收获过程能量传递试验的基本原理,并通过在果树不同位置外加激振力进行振动试验,利用应变数据采集系统进行数据采集输出,借助高速摄像对果树振动过程进行实时图像捕捉记录。通过对采集应变数据及图像进行运动分析处理可知:在振动式采收过程中,能量传递与夹持位置有关。当选取树枝上激振点距夹持点的最佳位置为27.5mm时,树枝上达到共振频率,获得的能量最大;能量在树枝传递的过程中存在能量的损失;分支与主枝干夹角越小,获得的能量越大,越有利于果实振动脱落。该研究可以为水果机械振动式的进一步研究提供理论基础和技术指导。     

振摇枸杞采收机设计与试验

目前我国枸杞采收仍然以人工采收为主,但人工采收存在效率低、成本高等问题。为此,根据枸杞挂果枝条的生长特性,分析了枸杞果实果柄机械分离的条件,建立了果实脱落的动力学模型,设计了一种振摇枸杞采收机,并通过求解模型得出影响果实脱落的3个参数:振摇频率、振幅和指排间距。利用ADAMS对简化后的模型进行动力学仿真分析,通过检测果实果柄惯性力的变化,确定了参数的取值范围。将采净率、采青率和损伤率作为采收效果评价指标,设置不同的参数进行正交试验,得出最佳参数组合为:振摇频率12 Hz、振幅40 mm和指排间距100 mm,在该条件下振摇枸杞采收机的采净率为93.52%,采青率为5.72%,损伤率为2.54%,满足对枸杞采收的质量要求,采收效率为485 g/min,是人工采摘效率的5.5倍。     

机械振动式沙棘采收的动力学研究

沙棘在西部广泛种植,用于水土保持和防风固沙。其果实有较高价值,但采收非常困难,影响其经济价值开发。机械振动使果实分离是可行的方式之一。为了正确合理地设计开发装备,利用有限元方法对沙棘的机械振动采收机制进行动力学研究。首先,沙棘树的3D模型由Pro/E建立并导入ANSYS,再用模态分析确定沙棘树的自然振动属性,最后采用谐响应分析观察模型在正弦谐波载荷下的稳态响应。模态分析表明:沙棘树的前2 0阶固有频率为8.7 9 0~3 1.2 2 4 Hz。谐响应分析表明:振动载荷应用于侧枝比应用于主干更加优越,且对沙棘树枝条的破坏性更小。此外,14Hz和180~280N的振动载荷可以确保大多数沙棘果实从树上分离。为此,对沙棘振动采收进行有限元仿真分析,为振动装备的开发提供了理论基础。     

单偏心式油橄榄振动采收机仿真优化与试验

为提高油橄榄的振动收获效率，针对油橄榄密植果园的种植环境，设计一种单偏心块悬挂式油橄榄采收机。通过对果实进行受力分析得到果实脱落加速度可简化为果实果柄结合力与果实质量的比值，测量得到脱落加速度的90%分位数为1 113.35 m/s²。通过正交试验仿真研究果树树形参数(主干直径、主干高度、主枝夹角)和激振参数(激振频率、激振力)之间关系，并对仿真与试验相关性进行分析，表明仿真与试验的平均相关系数为0.73,平均相对误差为26.5%,主干直径和主干高度对激振参数有显著影响。使用采收样机对油橄榄(莱星)进行了试验，结果表明：夹持点振幅与激振频率呈正相关关系；果树侧枝3个监测点的共振频率为22.5 Hz,与响应面试验结果的21.8 Hz相近；油橄榄树的平均采净率约为91.22%,且无果实损伤。     

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。     

日本高灌蓝莓采收最适线锯振动速度（摘选）

高灌蓝莓的成熟期不一致,在3～4周时间内需要有选择地采收3～5次。现在日本的蓝莓收获方式是采用一种具有5个速度调节挡的18mm线锯对树枝进行变速振动。为了能够找到采收效率最高且采收效果最好的振动速度,利用高速摄像机对蓝莓采收过程进行记录。之后利用数据统计,回放分析采收过程中的细节,以确定最佳振动速度和振动时间。通过对5种速度的分析,发现Ⅱ挡即频率为1670次min,在果枝周围振动2s是采收的最佳方式。在这种条件下,与3个高速挡同样可以分离87%成熟的蓝莓。同时仅分离了24%未成熟的蓝莓,该结果与Ⅰ挡无显著差异。     

振动式枸杞采摘机设计

针对目前我国枸杞采摘的效率低下、劳动力需求大等问题,设计一种振动式枸杞采摘机。整机由振动采摘装置、收集装置和输送装置等关键部件组成,振动采摘装置采用曲柄滑块机构作为激振源。通过对枸杞植株的模态分析,结合曲柄滑块机构的运动分析,确定适宜的振动频率为20Hz,振幅为50mm。此工作参数下,枸杞采摘机的振动加速度,使枸杞熟果产生的惯性力大于果柄连接力,青果产生的惯性力小于果柄连接力,满足采摘要求。研究可为枸杞果实的机械化采收提供一定参考。     

基于ANSYS的小林果实采收机振动模态分析

振动是物体运动存在的主要现象之一,小林果实采收机是利用了振动特性来采收小林果实的一种设备。为此,只针对小林果实采收机的振动情况,根据各部分材料的不同,进行了3个部分的模态分析,从中找到各部分固有频率值,随后将得出各自的5阶固有频率值与直流无刷电动机的实际传递转速相结合进行分析,得出了结论。该结论不仅为小林果实采收机在传递力过程中是否发生共振提供了理论依据,还为各部分的优化设计提供可靠的技术参考。     

枸杞采摘机的适采条件

宁夏枸杞工程技术中心设计开发了一种适合机械采摘枸杞的设备。该设备通过向枸杞树冠传导振动力,使枸杞红果脱落,熟果采净率可以达到75%以上,并能使青果或花的的脱落处于较低水平。田间试验表明:机械平均采果效率为20kg/h,是人工的8倍左右,采果质量与手工采果基本一致。为此,对枸杞机械化采收的适采条件做了分析研究,得出其影响因素有果实的成熟度、适宜的季节、机械的功率以及树体的形状等。     

枸杞采收方法对比试验与分析

为大型枸杞采收技术装备研发提供关键采摘技术支撑,首先探寻枸杞采摘方法的采摘效果,选取振动、气力、辊刷和剪切枸杞采收方法开展研究,设计相关试验装置;其次制定各装置的试验方案,开展枸杞采收效果试验,最终试验结果表明:往复高频振动采收枸杞损伤率为5%～9%,采净率85%～95%,高频振动频率控制在33～38.3 Hz,采收效果较好;击振采收损伤率9%～40%,采净率50%～70%,插齿形状击振头采收效果较好;正压紊流采收枸杞损伤率为4%～13%,对气压要求高;负压采收损伤率为6%～15%,采净率90%～100%,斜推结合负压采摘效果较好;辊刷采收损伤率为4%～16%;剪切采收损伤率可忽略,易误采,采收难度大。综上所述,往复高频振动、击振和正压紊流方法可应用于大型枸杞采收装备的研发。     

酿酒葡萄振动脱落机构运动分析及研究平台设计

为提高酿酒葡萄采收效率、降低采收成本,设计了酿酒葡萄果实振动脱落机构,并对该机构进行了运动分析,得出了驱动部分角位移表达式及工作部分肋条末端有效振幅的表达式。利用ADAMS参数化宏命令及二次开发功能搭建了该机构虚拟样机研究平台,并赋予各参数值进行了虚拟仿真分析同理论计算分析对比,曲柄旋转1圈摇杆偏离初始位置的角位移、肋条末端有效振幅的理论分析结果与虚拟样机研究平台仿真结果吻合,验证了脱落机构理论分析的正确性和虚拟样机研究平台的可行性。     

振动参数对果树采收影响的试验研究

从乔木类果品采收实际要求出发,旨在解决乔木类果树的连续机械振动采收问题。为此,进行了连续激振式采收过程中影响果树振动效果的试验。通过电动振动试验系统对果树主干不同位置进行夹持,施加不同类型激振力进行振动试验,利用动态信号测试分析系统进行数据采集和输出,获得不同振动频率、振幅下果树不同位置的加速度数据及曲线,并进行分析和对比。结果表明:当夹持主干的位置距离果树固定端为60cm、振动测试系统输出振动频率为25Hz、激振位移为5mm时,果树获得加速度较大;树枝和果实之间的相对加速度也较大。该试验为振动采收装置的研究提供必要的理论依据。     

枸杞采摘机的适采条件

针对宁夏枸杞种植面积不断扩大、枸杞采收困难以及用工紧缺等这些突出问题,枸杞工程技术中心设计开发了一种适合机械采摘枸杞的设备.该设备通过向枸杞树冠传导振动力,使枸杞红果脱落,熟果采净率可以达到75%以上,并能使青果或花的脱落处于较低水平.田间试验表明:机械平均采果效率为20kg/h,是人工的8倍左右,采果质量与手工采果基本一致.为此,对枸杞机械化采收的适采条件做了分析研究,得出其影响因素有果实的成熟度、适宜的季节、机械的功率以及树体形状等.合理规范地使用枸杞采摘机将会提高采摘效率、保证采果质量以及降低采果费用.     

基于振动试验台的果树枝运动规律的试验研究

结合大规模种植的乔木类果品采收要求,完善果树连续式机械振动采收问题。介绍连续激振式采收过程中影响树枝振动效果的试验,通过振动试验台夹持果树主干不同位置,施加不同类型激振力进行振动实验;利用动态信号测试分析系统进行数据采集和输出,获得不同激振频率、激振位移下果树树冠不同位置的加速度数据及曲线,进行分析和对比。夹持主干的位置距离果树固定端为60cm,振动测试系统输出振动频率为20Hz、激振位移为5mm时,果树枝端获得加速度较大,树枝和果实之间的相对加速度也较大;保证振动采收装置在采收中果实净采收率高,果树损伤小的要求。     

沙棘果实-果柄系统振动采收机理分析与仿真

沙棘在西部广泛种植,用于水土保持和防风固沙。其果实营养丰富、有较高经济价值,但采收非常困难,影响其经济价值。为改变人工采摘的状况,有必要进行沙棘的机械化采收研究。为此,研究了沙棘果实与果柄脱离的振动采摘机理,建立了双自由度受迫振动物理模型,推导出动力学方程,并采用数理微分方程求解得到沙棘果实-果柄系统稳态受迫振动输出解及采摘惯性力。同时,通过贝塞尔函数曲线模拟果实的几何形状,得出果实几何轮廓曲线方程,并利用Pro/E的函数功能画出沙棘果实的三维模型,将模型导入有限元分析软件ANSYS进行了模态分析。结果表明:理论计算的果实-果柄系统的位移、速度和加速度响应与有限元仿真分析的结果比较相符,频率在18~46Hz范围内时,果实部分产生共振且主振型最大,故果实的最佳采摘频率范围可确定为18~46Hz。该研究为沙棘振动采摘装备的开发提供理论基础。     

枸杞气吸采摘参数试验研究

为了获取气吸采摘枸杞果实的最佳工作参数,首先测得枸杞的相关力学参数,运用FLUENT软件对气吸式枸杞采摘试验装置的气吸管道进行建模仿真,得到了气吸管道内气体压力云图及速度云图,并对枸杞进行了气吸采摘试验。将仿真与实测的数据对比分析后,发现管径22、25、32mm的气吸管出入口的压差和风速差的仿真结果与实测数值接近,误差较小,证明了试验结果的可靠性。最终,确定了采摘枸杞的最佳工作参数:气吸管径为25mm,风速为27. 5m/s,气吸角度为90°,此时成熟枸杞脱落所需时间平均为1. 92s,破果率为6. 67%。该研究可为气吸式枸杞采摘机的研发提供参考依据。     

基于双摆模型的油茶果冠层振动参数优化与试验

为研究振动参数对油茶果采摘的影响,本文建立了油茶“果实-枝条”双摆动力学模型,通过求解动力学模型得出系统固有频率为0.42、7.18Hz;根据对油茶果实和花苞受力分析,得出油茶果实和花苞振动脱落所需的平均加速度分别为427.15、1.936m/s2;利用ADAMS动力学仿真软件对油茶果冠层振动采摘进行了仿真试验,利用Design-Expert 11.0.4软件对试验数据进行分析和优化并进行田间试验验证,理论优化结果为振动时间8.09s、振动频率8.15Hz、振幅50mm时,油茶果实采收率为93.41%,油茶花苞损伤率为14.10%。田间试验结果表明,针对湘林210品种油茶树,当冠层振动时间8s、振动频率8Hz、振幅50mm时,油茶果实采收率和花苞损伤率平均值分别为92.37%、14.38%,与理论优化值的差值分别为1.04、0.28个百分点。