基于高速摄影的油茶果机械采摘受力分析

目前,我国油茶果采摘机械尚不成熟,油茶果与机械装置作用受力情况较为复杂,难于分析。为了探索油茶果与机械装置作用机理,分析其受力情况,采用高速摄影相机PCO1200S和Image pro plus软件对旋转式胶辊、齿梳拨刀式和平行胶辊3种不同机械采摘方式下的油茶果所受的冲击力进行分析,得到旋转式胶辊、齿梳拨刀式和平行胶辊的动量大小分别是0. 05、0. 02、0. 13kg·m/s,所受冲击力分别是2. 06、2. 65、2. 7N。结果表明:旋转胶辊动量较小,采摘时受力最小,采摘效率最高,综合采摘性能最佳。研究结果可为阐明油茶果机械采摘机理及装置设计提供参考。     

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。     

基于Matlab的油茶果机械采摘平台设计与试验

针对目前我国油茶果采摘主要以人工为主、采摘效率低、采摘中易对油茶花苞造成损伤等特点,本文提出了一种基于CCD视觉机械臂定点采摘的方法,设计了油茶果机械采摘平台,通过Matlab工具箱对机械臂进行运动学模拟分析,并控制机械臂实际采果动作。试验表明,仿真结果与试验效果基本一致,验证了该采摘平台对油茶果定点采摘的可行性。     

油茶果分层采收装置设计与试验

降低花苞损伤是油茶果机械采摘中的难点,为此,设计了一种油茶果分层采收装置。分析了分层采摘装置和果枝的相互作用原理,并运用ANSYS Workbench对分层机构与果枝作用模型、分层采摘机构与果枝作用模型进行应力仿真,随着分层胶辊距离增大,果枝弯曲程度越大,果枝横截面上的正应力和切应力增加;随着采摘胶辊间隙减小,果枝横截面所受的正应力和切应力增加,通过试验验证了分层采摘的可行性。以分层厚度、分层深度、胶辊间隙和胶辊转速为影响因素,以油茶果漏采率和花苞损伤率为评价指标,对赣无1油茶果进行了采摘试验。结果表明,影响油茶果漏采率的因素依次为胶辊间隙、分层深度、分层厚度、胶辊转速;影响花苞损伤率的因素依次为分层厚度、分层深度、胶辊转速、胶辊间隙;运用综合评分法,得到采摘赣无1油茶品种的最佳参数组合为：分层厚度360mm、分层深度290mm、胶辊间隙18mm、胶辊转速65r/min。在此工况下,油茶果漏采率为13.33%,花苞损伤率为6.33%。与未加分层机构的采摘装置相比,分层采摘装置的花苞损伤率降低了6.22个百分点。     

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。     

影响油茶果机械化采摘的生物环境特性

针对油茶种植面积迅速增长和油茶果机械采摘水平的落后情况,提出研究低损伤花苞采摘技术的必要性。研究和开发油茶花苞低损伤采摘技术应结合其环境特性和生物特性,满足安全性、实用性和经济性等要求。环境特性包括地理分布,未来增长区域分布;生物特性包括油茶的花期物候,油茶果与花苞的生物力学特性,适时采收等。分析油茶果机械采摘的制约因素,指出研究油茶的生物环境特性是开发低损伤花苞采摘技术的前提。     

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%。     

油茶果与油茶花苞生物力学特性试验研究

为探究油茶果与花苞的机械物理特性,降低花苞在采摘时的机械损伤,以种植面积最广的普通油茶为研究对象,进行油茶果与花苞的生物力学特性试验。测得油茶果和花苞的横向扭断力均值分别为11.082、6.941 N;纵向拉断力均值分别为7.979、5.706 N。分析结果表明:油茶果横向扭断力和纵向拉断力的均值分别大于花苞的均值;油茶果和花苞横向扭断力的均值大于其纵向拉断力的均值。试验结果可为寻求花苞低损伤采摘技术提供数据参考。     

便携式油茶果分层采摘装置设计与试验

目前，油茶果采摘基本靠人工，采摘效率低，采摘成本高。为提高油茶果采摘效率，设计了一种便携式油茶果分层采摘装置。工作时，与油茶果、花苞长轴方向夹角为0°、30°、60°、90°方向分别施加拉力，油茶果和花苞的拉断力随着角度的增大而减小，且呈一定的线性关系，同方向的油茶花苞拉断力小于油茶果拉断力。采用ADAMS软件仿真分析了平行胶辊速度、平行胶辊间距和平行胶辊直径对油茶果脱落过程的影响规律，结果表明：油茶果受到的冲击力随平行胶辊速度和平行胶辊直径的增加而增加，随平行胶辊间距的增加而减少。采摘试验结果表明：当平行胶辊间距为21mm、胶辊直径为30mm时，油茶果采摘效率为42kg/h,为人工采摘的3倍左右。研究结果可为便携式油茶果采摘装置的研发提供参考。     

油茶果分层采摘机构花苞损伤有限元分析及试验

针对目前油茶果采摘机花苞损伤率高的问题，设计了一种油茶果分层采摘机构。利用Adams软件对油茶果与胶辊的接触碰撞进行仿真分析，得到油茶果的临界脱落速度为105mm/s;根据油茶花苞的生长特性，建立花苞与胶辊相互作用的有限元模型，在ANSYS Workbench软件中仿真分析了花苞与胶辊的碰撞过程。研究结果表明：在油茶果临界脱离速度条件下，花苞与胶辊发生碰撞接触后等效应力和等效应变的值随着胶辊速度和胶辊直径的增加而增加，随着胶辊间距的增加先增加后减小，且花苞均未与果柄发生分离；分层采摘机构室内试验结果与仿真结果基本吻合，研究结果可为油茶果采摘装置的设计提供参考。