梳夹式红花采收装置集花机构优化与整机性能试验

针对研制的梳夹式红花采收装置存在采摘后的花丝掉落严重,导致花丝采集效率低的问题,提出一种新型的气吹-气吸组合式集花机构。该机构利用正压气流吹动粘附花丝脱离采摘头,同时结合梳夹装置前端安装的采摘头护罩,利用负压气流收集采摘后的花丝并防止花丝掉落。通过分析花丝在正压气流中受力情况,优化了集花机构的关键结构及工作参数。为验证整机性能,以含水率≥44.5%的新疆裕民红花为对象,对集花机构优化后的梳夹式红花采收装置进行了田间试验。试验结果表明：优化后的红花采收装置花丝采净率提升至81.74%,花丝掉落率降低至2.31%,相较于优化前采净率提高了4.47%,掉落率降低了0.31%,减少了花丝损失,整机性能得到提升,可为红花机械化高效低损采收提供参考。     

切割-气吸式红花花丝采收装置的设计

为解决红花鲜花丝采摘过程中效率低、劳动强度大、成本高等问题,设计了一种切割-气吸式红花花丝采收装置。该装置采用负压风机转动产生的吸气流梳理花丝,使花丝竖立起来且偏向一侧,并露出花丝与瘦果连接处,电机转动带动刀具旋转切割花丝,采摘下的花丝在吸气流的作用下被输送至储花室,完成红花鲜花丝的采摘、输送、收集工作。同时,对具有不同导流片的储花室结构进行流场模拟,分析了不同个数的导流片对储花效果的影响;对采收装置的整机结构在Solidworks软件中进行三维实体建模,且进行了干涉检查。结果显示,该装置各部件组装合理,可以进行后续的物理样机制作。     

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%。     

基于红花力学特性的梳夹式采摘机构的设计与试验

由于红花特殊的物料特性,目前花丝尚未实现机械化采摘。为了提高红花的采摘效率及作业质量,以新疆区域主栽品种无刺红花为试验对象,对红花花丝进行夹持拉拔和压损试验。分析了含水率、拉拔速度即花丝夹持根数对花丝与种球之间抗拉力的影响,得到了抗拉力与各因素的参数关系及避免花丝损伤的可靠夹持力范围。对梳夹式采摘机构进行理论设计,推算出夹持力与花丝夹持根数、含水率及安全夹持摩擦因数的关系。根据夹持参数理论模型,结合红花夹持采摘的力学特性试验数据,搭建试验台,利用应变测力系统,对花丝的夹持采摘特性进行了测试。试验结果表明:实际夹持力测试数据与理论计算数据无显著性差别,从而验证了理论设计的可靠性。对开花3~4天、含水率60%~75%的红花植株进行采摘试验,其夹持采摘成功率达到80.2%。     

旋转剪切式红花花丝采摘机械关键部件的设计

针对新疆红花采摘时对花难、切割时破碎率高、采集时采净率低等问题,设计一种旋转剪切式红花花丝采摘机械,该机械采用偏心式进花口及斜置割刀;基于测定的物料特性,含水率为50%左右的花丝适合旋转剪切收获,偏心的进花口与具有7°斜置角度的刀具对红花进行点切割,降低花丝破碎率;设计拟合瘦果轮廓的球面箱体,确定采摘箱地面半径为68 mm,进花口直径设定为35 mm,提高盲采成功率;运用Fluent软件进行分析不同转速下花丝运动情况,确定负压风机适宜为2 400 r/min。     

可移动式红花收获装置的设计

针对目前红花采摘机械化程度不高,采摘困难、效率低、劳动强度高的情况,提出可移动式红花采收方式.基于红花植株高低不齐、果球分布紊乱、种植模式不统一的特性,要求红花收获机不仅要有较强的适应性和灵活性,同时还要保证采摘效率和花丝质量.综上所述,本文设计可移动式红花收获装置,可多人同时进行工作,提高采摘效率,降低劳动强度.     

红花悬浮与收集试验

红花是一种经济作物,具有很高的药用价值,其花丝质量轻,具有很好的悬浮特性。为此,利用悬浮试验机测定红花花丝的悬浮速度,确定了红花花丝悬浮速度为2～3.23m/s。依据红花花丝悬浮速度的特性,研制了一种红花花丝收集装置,并对其进行收集试验,结果表明:收净率为100%,为红花花丝的收集装置设计提供了参考。     

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。     

红花分枝力学特性测试及运动分析

为研究红花丝采摘机喂入装置喂入过程中红花分枝及种球的运动特性,以新疆区域主栽品种无刺红花为试验对象,在DF-8000动态疲劳试验机上对红花分枝进行三点弯曲试验,得到了红花分枝的弹性模量及抗弯强度。建立ANSYS中的Explicit Dynamics模块,并求解喂入装置与红花分枝及种球的刚柔耦合动力学模型,运用LS-Prepost进行结果后处理,分析了喂入装置在不同转速下分枝的运动姿态、种球的喂入角度及速度,为更好地将种球端部红花丝喂入采摘装置,提高采收效率提供了部分理论依据。     

气力-切割组合式红花丝采摘器气流场力学特性分析

针对目前采用气力-切割组合式红花丝采摘器收获时破碎率高的问题,提出在切割分离前增加梳理整形环节的思路,使粘附在果球上的冠状红花丝在负压气流场中竖立悬浮,显露出红花缩颈切割部位,便于准确切割,从而减少红花丝破碎率。利用空气动力学理论,以提高吸附效率为优化目标,建立红花丝在气流场作用下梳理整形过程的动力学模型,揭示气流的流动变化规律。试验测得裕民无刺红花花丝最大迎风面积为11~4 0 mm2,当负压气流速度大于2.78 m/s时,即可完成红花丝的梳理整形。     

基于PLC的红花花丝采摘控制系统设计

针对目前红花花丝采摘难度大、作业效率低等问题,设计了一种基于PLC适用于大规模机械作业的红花花丝采摘控制系统。该系统使用HC-HR04超声波测距模块与Arduino构成的超声波测距仪检测红花采摘区域,使用E6B2-CWZ1X旋转式编码器测量采摘机构的行程,使用FX_(3U)三菱PLC通过步进电机驱动器控制3个步进电机协同工作,完成红花花丝的夹持、采摘、传送和收集。使用GX-Works2软件编写程序,并使用SolidWorks三维软件建立采摘机构模型。该系统初步实现了红花花丝采摘的自动化控制,促进了红花花丝采摘由人工采摘向机械采摘的转变,有利于红花产业的发展。     

红花花球螺旋输送搅龙的设计优化与仿真

针对红花花球生长高度差异大而导致红花收获困难的问题,设计了一种螺旋输送红花花球搅龙。利用搅龙对不同高度的花球实现分类,使不同高度的花球在不同时段内位于同一高度,提高了整株花丝采净率。分析影响螺旋输送搅龙转速的因素,利用解析法获得搅龙转速与整个装置前进速度、挡板间距,以及前、后梳理器交接处距离之间的关系。运动仿真表明:当挡板间隙10mm、前后梳理器交接处间距50mm、搅龙螺距120mm、装置前进速度为0. 5m/s、搅龙转速大于50r/min时,红花花球集聚搅龙传送花球效果显著,有利于红花丝的采摘,可提高采摘效率。为验证装置的可行性和仿真试验结果,进行了田间试验,结果表明:该装置对不同高度的红花花球分类集聚效果明显,提高了红花花丝的整株采净率。     

红花丝机械采收的现状及发展趋势

近年来,随着红花花丝被广泛地应用于中药、染料、化妆、食品色素等诸多领域,促进了新疆红花种植面积逐年增长;相对于红花种植业的快速发展,红花丝的采收技术已严重滞后于开发利用环节,成为制约其产业发展的"瓶颈"。目前,红花花丝的采收主要依靠人工徒手采收,劳动强度大、生产效率低、采收成本高、花丝浪费严重。为此,通过对现有国内外红花花丝采收机械的现状进行分析,介绍了几种典型采收机的结构以及工作原理,阐述红花丝采收工作存在的主要问题,以及红花花丝机械化采收的发展趋势。     

梳夹式红花采收装置机组布局参数优化试验

为提高梳夹式采收装置的作业质量,利用实验室研制的梳夹式采收装置试验台,以新疆裕民无刺红花为试验对象,以顶部位置差、顶部高度差、中间位置差和中间高度差为影响因素,以整株采净率、含杂率和采摘质量度为评价指标,进行四因素五水平正交中心组合优化试验。通过Design Expert 10(32-bit)软件,建立了评价指标和各影响因素的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响,确定了最优参数组合为:顶部位置差198mm,顶部高度差108mm,中间位置差200mm,中间高度差135mm。在该参数组合下,取植株顶部80%以上花球开花后1~5天的红花(含水率≥44.6%)进行花丝采摘试验,结果表明:整株采净率为79.55%,含杂率为1.52%,采摘质量度为0.9,效果理想。本研究为梳夹式红花采收机具的设计提供了参考依据。     

梳齿式红花丝采摘凸轮机构的设计与仿真

针对目前红花丝人工采收效率及机械化程度低等问题,提出了一种梳齿式红花丝采摘机构。以该采摘机构的凸轮为研究对象,利用解析法建立了从动件的数学方程式,并结合Mat Lab编程软件得到了凸轮的轮廓曲线。通过Solid Works软件建立了三维模型,采用ADAMS软件和Solid Works Simulation分别进行了仿真分析与有限元分析。结果表明:所设计的凸轮完全能够满足红花丝的采摘要求,同时为进一步研究采摘凸轮机构提供了理论依据。     

红花丝采摘头端面凸轮机构的设计与试验

针对目前红花丝人工采收强度大、效率低及机械化程度不高等问题,以课题组研究的梳齿式红花丝采摘头为研究对象,根据红花丝物料特性统计分析,结合采摘头结构,设计了采摘头端面凸轮机构。根据工作原理进行红花丝采摘头台架试验,借助高速摄像观测从动件运动,验证端面凸轮轮廓曲线理论分析的正确性。以红花丝采摘成功率为响应指标,以端面凸轮安装角、采摘头转速及采摘头安装高度为影响因素,分析各因素对采摘成功率的影响,优化获得红花丝采摘头试验台的最优值。结果表明:当采摘头安装高度960mm、端面凸轮初始安装角-6.8°、采摘头速度48.40r/min时,采摘成功率为65%。研究结果对红花丝采摘机的研发具有重要的参考价值。     

红花采收机双动对切式末端执行器设计与试验

针对红花采收机械存在的花丝破碎率高,采收效果差的问题,基于低速对切与分段切割的设计思想,研究设计了一种红花采收机双动对切式末端执行器,利用双动刀和多工作段凸轮实现低速夹持切割与分段作业。构建刀具-花丝切割力学模型,对切割过程进行理论分析,确定影响末端执行器性能的关键因素为：切刀进给速度、刃口倾斜角和切刀刃面倾角;并以凸轮转速（切刀进给速度）、刃口倾斜角和切刀刃面倾角为试验因素,以花丝采净率与花丝破碎率为评价指标,进行了三因素五水平二次正交旋转组合试验,得到试验因素与评价指标间的数学模型,对回归模型进行多目标优化,确定最佳参数组合为：凸轮转速27.9r/min、刃口倾斜角16.1°、切刀刃面倾角19.7°,对应花丝采净率为91.78%,花丝破碎率为5.32%。在最佳参数组合下进行田间验证试验,结果表明,花丝采净率为91.25%,破碎率为5.57%,与优化结果误差不超过5%,表明所设计末端执行器能实现花丝的低破碎率采收。     

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。     

果蔬采收机设计探究

本团队结合小型水果的结构特性,设计出一种集采摘、收集、枝叶分离、输送、分级及导航定位于一体的小型水果智能无损采收装置,解决了目前小型水果采摘大多数由人工进行采摘的难题。且该装置结构简单,降低了人工采摘的危险性,有效提高了生产效率。     

梳夹式红花采摘试验台的设计与试验

目前,红花丝的采摘主要靠人工采摘,劳动强度大,效率低,严重限制了红花产业化发展。为实现红花丝机械化采摘,研制了一种梳夹式红花采摘试验台。采摘试验台主要由控制箱、采摘头、动力传动系统及限位机构组成,采用端面凸轮与梳夹齿组合的方式,由限位杆将花球固定在合适的采摘位置,定、动梳齿夹紧花丝一并旋转,实现红花花丝与果球的分离。试验台旨在为红花采摘机的研制提供试验测试平台,工作性能稳定,为梳夹式红花丝采摘机的设计提供了基础条件。