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。     

微耕机刀辊降耗和机具匀速钢带驱动的试验

由汽油机提供动力的自走式微耕机耕作时匀速性差,旋耕刀辊每转不同时刻的切土阻力和功耗波动较大。为了提高刀辊的切削稳定性及整机的操控性,对刀辊进行了改进设计,并为某型号微耕机增配了地轮驱动系统。对原刀辊和改进刀辊的切土过程进行的数值模拟结果表明:改进和优化后的刀辊切土功率峰值和平均功率分别比原刀辊降低了32.3%和41.5%,最大切削阻力降低了49.9%,切削力和切土功率波动有效减小,为机具增配驱动轮提供了功率保障。改进前后机具的对比试验表明:改进后的机具工作正常,未出现功率不足的现象,且具有更好的耕作匀速性,操控难度降低,耕作效率提高。研究结果为同类微耕机增配使机具匀速前进的驱动系统提供了理论依据。     

冬枣果实物理参数与生物特性研究

为确定冬枣的机械选择性收获参数,试验测定不同成熟度果实的物理及生物特性参数,对其物理及生物特性参数之间的关系进行研究。结果表明:未熟期、白熟期和脆熟期的冬枣果实密度分别为902.15、911.68和947.06kg/m3,硬度分别为17.26、16.24和13.9kg/cm2,果实成熟度越高果实密度越大而果实硬度越小,脆熟期果实的密度及硬度与白熟期和未熟期果实的密度及硬度都存在显著性差异;未熟期、白熟期和脆熟期果实的树枝与果柄分离力都大于果实与果柄分离力,在机械振动收获时,果实脱落发生在果实与果柄连接处,分离力都随着成熟度的增加而减小,白熟期和脆熟期果实的果实与果柄分离力存在显著性差异,有望实现选择性收获;白熟期和脆熟期果实的压缩曲线趋势相似,都没有明显的生物屈服点。白熟期果实的破裂力为145.77N显著大于脆熟期果实的破裂力128.95N,果实和脆熟果实的压缩弹性模量均值分别为2.09和1.89 MPa,二者无显著性差异。果实破裂前,果实所受压力与变形呈近似线性关系。     

仿生式开沟机出土过程的运动学分析

仿生式开沟机出土时，运动比较复杂，为获得合理的设计参数，使开沟机具有理想的出土性能，对其进行了运动学分析，获得了开沟机工作部件——铁锨在出土过程中的速度变化数学表达式，为开沟机出土时所需的最大功率和平均功率的计算提供了依据。     

三边封基质自动包装机的设计与试验

无土栽培模式在我国的应用逐渐广泛，但基质栽培袋的机械化生产发展缓慢，造价昂贵的流水线式生产模式并不适合我国个体用户及中小企业的生产情况。为此，针对市场上缺乏小型、实用、低成本、自动化的基质袋生产设备的现状，设计了三边封基质自动包装机。机具在基质包装领域创新使用先装填再制袋的方法，采用PLC为核心的控制系统，由搅拌装置、定料装置、压缩装置、热封装置、换膜装置、机架、传动系统和控制系统组成。在此，介绍了整机的工作原理及各个装置的设计情况，并对整机的生产功能进行了试验验证。结果表明：三边封基质自动包装机能够自动化完成基质袋的生产，生产速率为36袋/h,包装质量满足设计要求，为无土栽培产业的机械化发展提供了技术支持。     

小型基质自动包装机的设计与试验

为提高基质包装自动化程度、降低劳动强度和生产成本，试制了一种小型基质自动包装机。机器可通过PLC可编程控制器控制多台步进电机进行工作，集基质搅拌、定量装填、成型制袋、热封切断等功能为一体，可实现基质包装全程自动化。同时，重点阐述和分析了包装机的关键工作部件设计和工作原理，完成样机试制并进行了包装试验。试验结果表明：整机结构设计合理，运行平稳，包装效果良好，包装速度为42袋/h,包装成功率为98.6%,包装优质率为93.2%,作业质量达到预期设计目标。机器的设计为基质全自动化包装提供了技术参考。