基于5R并联机构的二自由度树冠振动装置设计与试验

振动式采收是一种高效的林果机械化采收形式。在现有的激振形式中,非圆周激励可以使果树产生有效的振动,实现整体采收效果。为进一步提高果实的采收效率,针对非圆周激励中不同类型旋轮线轨迹进行深入研究。通过SolidWorks、ANSYS、ADAMS等软件建立果树柔性体模型。将不同轨迹参数的旋轮线位移载荷导入ADAMS,施加于果树模型激振点。比较不同轨迹的旋轮线位移载荷下果树模型的振动响应,确定3支线1号外旋轮线轨迹E为最优激振轨迹。根据最优激振轨迹,设计了由平面5R并联机构驱动的二自由度树冠振动装置。以油茶树为激振对象,确定频率6 Hz、振幅90 mm为激振参数,设计并搭建样机进行试验。试验结果表明,7×7交错分布的激振杆布局方式的激振效果最优,该布局下树冠平均合成加速度响应为22.38 m/s²,激振加速度传递效率为77.63%,验证了二维激振轨迹的有效性。     

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。     

基于能量传递规律的油茶树冠层振动参数优化与试验

油茶作为中国特有的木本油料作物,在空间上具有复杂的分枝结构,不同品种树体的形态结构和力学性能差异明显。为了研究油茶树在冠层振动采摘油茶果过程中能量传递规律以及获得最佳激振参数,本文建立5自由度油茶树的质量-弹性-阻尼动力学模型并测量和计算等效参数;以不同激振参数为输入,通过Matlab软件对动力学模型进行仿真,并设计二次旋转正交组合试验,仿真结果表明,油茶树各级枝之间能量传递过程中损失严重,从激振力所作用的枝条传递到路径末枝时能量剩余不到20%;且油茶树各级枝的动能峰值出现的时间具有滞后性,越靠近激振点的动能峰值出现越早。由于油茶树各级枝间能量传递损失严重,将一棵树进行2~3次振动采摘。利用Design-Expert 11.0.4软件的优化模块对激振参数进行优化求解,以一部分侧枝动能最大,主干动能最小为目标函数时,最佳振动参数组合为振动时间7.14s、振动频率7.18Hz、振幅52.41mm;通过田间试验对油茶树能量传递规律进一步研究发现,能量沿着树枝内部传递时与各级枝之间的传递规律相同,即动能与传递距离成反比,传递的距离越远动能越小。并对仿真结果进行验证：田间试验结果与仿真结果的相对误差在10%以内,说明该动力学模型具有较高的可靠性;振动采摘部分的油茶果实和花苞平均脱落率分别为90.53%、14.39%,采摘效果较好,证明了从能量传递角度对激振参数优化的可行性。本文建立的动力学模型和预测的最佳振动参数组合可以为油茶果机械化采摘作业的工作参数设置提供参考。     

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。     

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。     

Y型果树动力学模型假设与分析

果树振动动力学模型分析是果树振动动态特性研究的基础。通过对Y型果树(变侧主干形果树)在不受外部载荷作用下的自由振动及受激振力作用下的受迫振动,进行动力学模型分析;在参考Y型果树形态特征的前提下,对模型进行简化,建立振动微分方程,并给出求解微分方程的方法,得到了Y型果树自由振动下振型函数的解析解表达式及系统的各阶响应。在此基础上,对模型进行等截面处理,建立Y形果树受迫振动的动力学模型,对其建立微分方程,给出求解微分方程的方法,得到了Y型果树受迫振动下振型函数的解析解表达式及受迫振动的各阶响应,为果树动态特性研究和果树振动采收机械的工作参数设定提供理论数据。     

基于外旋轮线轨迹的果品振动采收机构研究

为进一步提高果品振动采收效率,降低振动损伤,针对振动式果品采收机构的工作方式,提出了理想果树激振形式假设,并通过ANSYS软件仿真研究不同形式位移载荷对果树模型的影响。根据仿真结果,设计了基于外旋轮线轨迹的果品振动采收机构,分析了该机构的结构特点和工作原理,并建立其运动学模型,推导了机构振幅和加速度方程。在满足激振振幅和加速度的前提下,采用"参数导引"优化方法对外旋轮线机构进行尺寸优化。根据仿真结果与理论分析,加工试验样机,利用高速摄影系统捕捉样机的实际运动轨迹,并与理论轨迹、虚拟仿真轨迹对比,从而验证了外旋轮线机构设计的准确性。进行室内活立木动力学响应试验,并统计各测试点的最大合成加速度平均值和标准差,由此验证了外旋轮线机构可实现对果树的有效激振。     

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。     

大型核桃树振动响应特性与落果试验研究

为确定大型核桃树的振动响应特性,探究大型果树机械化摇振采收方法,以南疆大型核桃树为研究对象,利用ANSYS进行有限元分析获取各分枝振动响应特性;应用自主研发摇振收获设备进行扫频试验及落果试验研究,对各主枝进行共振频率检测,通过各分枝上的传感器获取的频率-加速度幅值曲线,确定曲线峰值对应的共振频率;最后,进行摇振落果试验,对比各主枝在不同共振频率下的落果情况。结果表明：大型果树同一主枝及其上侧枝共振频率相同,各主枝共振频率在22～26 Hz之间;同一主枝上的各检测点加速度响应曲线整体呈现先增加后减小的趋势,距离激振位置越远,加速度响应幅值越大;在共振条件下收获,能够获得更高的落果率。为此,提出一种基于大型核桃树主枝共振频率的摇振采收方法,通过获取主枝处的共振频率,以各主枝共振频率进行多次摇振收获作业,实现共振条件下以较低激振能量获得最大振动响应收获,可有效提高收获效率和采净率。研究结果可为大型果树摇振采收方法提供理论基础。     

气吸式排种装置试验台的设计与研究

为了研究地面激振对气吸式播种机排种性能的影响,设计一台能够模拟地表对播种机的振动试验台,并进行了试验.利用加速度传感器、电荷放大器和磁带机对机器的纵向振动信号进行采集,再将采集的振动信号回放,利用数据分析仪进行分析,得出结论为:播种机振动是一个周期函数,可以用正弦信号模拟;播种机振动的特征频率范围为0～68Hz,振动的最大加速度为25 m/s2,振动最大位移为2.11mm,激振台的激振力为500N.     

“Y”型果树动力学模型仿真及试验的研究

为了在研究分析果树振动特性时使问题简化,提出了用质量—弹性元件系统来建立果树力学模型的方法。为验证该方法的有效性,选择将"Y"型果树主干L0、主枝L1、侧枝L2视为3个质量块,建立三自由度果树振动模型,并运用Mat Lab中Simulink子系统封装技术对所建立的振动模型进行仿真运算,将得到的仿真结果与试验结果进行比较,得出主干L0、主枝L1、侧枝L2的加速度时域变化曲线。结果表明:仿真与试验结果吻合程度较好,建立的果树三自由度模型能够比较好地反映果树振动情况,用质量—弹性元件系统来建立果树力学模型的方法是切实可行的。同时,通过对果树共振频率的研究,确定25Hz左右为较合适的采摘激振频率,可为林果振动采摘收获机的参数优化提供必要的理论基础。     

桑葚主干低阶共振频率试验及振动采摘装置设计

随着桑葚产业的多元化发展,桑葚的种植面积逐年增加,仅依靠人工实现桑葚采收难以满足生产需求,因而机械化采摘成为桑葚采摘的发展方向。振动采收桑葚是机械化采收的有效方法[1],研究桑葚振动脱落特性及设计相关振动采收设备对桑葚产业的健康发展具有重要价值。为此,通过桑葚主干低阶共振频率试验,获取了桑葚主干的低阶共振频率;完成便携式桑葚振动采摘装置的设计和试制,并进行验证试验。结果表明:当采收的桑葚二级主干直径为40~50mm范围、激振频率大于6.11Hz时,虽然能实现较高的桑果收获率,却造成未成熟桑果脱落;当激振频率大于8Hz时,造成桑葚植株树皮外表面破裂;激振频率较小时,则获得较低的桑果收获率。因此,建议当振动采摘的二级主干直径在40~50mm范围内时,桑果振动采收的最适宜激振频率范围为5~6 Hz,即电机实时转速为9 0 0~1 1 0 0 r/min。     

基于离散元的茶叶抖筛机茶叶运动特性分析与试验

为了降低茶叶抖筛机的误筛率,从颗粒动力学角度研究了筛面倾角、振动幅度、振动频率对茶叶颗粒在抖筛机筛网上运动特性的影响。结合离散元方法对茶叶颗粒在筛面的运动进行数值模拟,通过分析茶叶颗粒的筛分过程,明晰了抖筛过程中筛上茶叶颗粒的运移机理。结果表明：茶叶颗粒主要集中在筛网中间,频率太大或者太小都会造成茶叶颗粒在筛网上的横向偏析;茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能与振幅、频率呈正相关,筛面倾角对茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能影响较小,茶叶颗粒沿X轴方向和Z轴方向速度对茶叶颗粒在筛网上的平均速度贡献最大;迁移系数的变化幅度随着筛面倾角、振动幅度、振动频率的增加而呈现逐渐增加的趋势,对茶叶抖筛过程颗粒迁移能力影响由大到小为：振动幅度、振动频率、筛面倾角;当振动幅度为22.5mm、筛面倾角为3°、振动频率为4.166Hz时,茶叶抖筛试验误筛率最小,茶叶抖筛试验误筛率结果与仿真试验结果相差在5个百分点以内,表明DEM模拟具有较高的准确性。     

丘陵山地无人车振动特性试验研究

为探索丘陵山地无人车振动特性,以丘陵山地无人车为研究对象,进行了振动特性试验。在无人车车体选择11个测试点,设计6组试验方案,综合分析测点位置、发动机油门大小和路面不平度对无人车振动特性的影响。试验结果表明,测点3（车架左前部）是无人车整车最合适安装传感器位置,在无人车正常行走、油门1/2位置、挂1档工况下,加速度最大值为47.4 m/s2,加速度最小值为-50.36 m/s2,加速度平均幅值为5.092 m/s2,加速度有效值仅为6.864 m/s2,说明该测点振动表现稳定;其他合适的测点为测点4和测点9。发动机油门大小对于加速度最大值、加速度最小值、加速度平均幅值、加速度方根幅值、加速度有效值均有显著影响,同一测点下,油门1/2和油门3/4相比较初始油门,加速度平均幅值增大297.1%和322.8%。路面不平度对于无人车振动有显著影响：在水泥路面上,无人车底盘加速度值最小,而在沙壤土、黏土和干沙土三种路况下,底盘加速度值分别增加81.23%,77.91%和1.31%。同时提出降低发动机高频振动、增加阻尼、传感器工作时降低行驶速度等减振措施。     

小麦联合收割机倾斜输送器振动强度试验研究

针对联合收割机倾斜输送器外壳的剧烈振动,运用DH5922动态信号测试分析系统,现场测试了新疆―2A联合收割机倾斜输送器外壳在不同工况下的动力响应,得到了倾斜输送器外壳测点的垂直振动加速度时程曲线和快速傅立叶变换频谱。研究结果表明:联合收割机倾斜输送器外壳上任一点的振动强度、频率结构随工况不同而变化;收割机空转、田间作业、发动机空转、公路运输四种工况下测点振动加速度的有效值分别为24.68m/s2、14.64m/s2、4.26m/s2、3.23m/s2,振动主频为107.9Hz、117.7Hz、57.6Hz、67.4Hz。     

稳定作业下道床动态行为的离散元模拟与试验研究

针对稳定作用下有砟道床的研究.采用具有真实几何形状的簇颗粒模拟道碎,建立简化缩小比1:8稳定作业下道床三维离散元模型,模拟分析不同激振频率作用下道床的宏细观动态行为.建立与轨枕模型同尺寸的试验模型,通过试验与仿真分析中轨枕的沉降量对比验证,确定试验以及构建的轨枕-道床模型的有效性与可靠性.进一步利用该试验分析道砟振动加...     

机器人采摘葡萄果穗振动仿真与试验

针对机器人摘取及移送过程中导致的果穗振动与果粒脱落问题,提出了一种面向穗轴激励输入的果穗振动仿真模型。以葡萄为研究对象,在果穗"梗-果"结构特性基础上,提出了"挠性杆-铰链-刚性杆-质量球"复合果穗模型,并由试验确定了模型中各级梗间铰链弹性系数与阻尼系数、果粒尺寸与质量的正态分布规律,获得了主穗轴的抗弯特性。进而利用激光3D扫描重构得到梗系统,根据试验结果分别进行刚性、挠性杆件定义和果粒与梗间铰链的添加,构建得到果穗振动仿真模型。通过仿真精度验证试验发现,在激励作用的加速、匀速和减速阶段,经正态分布统计仿真与实测中果穗的各果粒摆角均值与标准差相差均在2%和6.6%以内,表明不同阶段其精度均良好。最终利用该模型分析了不同激励方式及不同采摘阶段对果穗振动的影响。果穗振动仿真模型的建立,为实现各类果穗的机器人"减振低脱"采摘提供了有力的分析工具。