沙棘果实-果柄系统振动采收机理分析与仿真

摘要

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,影响其价值开发.为改变主要靠人工采摘的状况,有必要进行沙棘的机械化采收研究.本文研究了沙棘果实与果柄脱离的振动采摘机理,并对其建立了弹簧质量块双自由度受迫振动物理模型,推导得出动力学方程,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进行了模态分析和谐响应分析.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,这将为沙棘振动采摘装备的开发提供理论基础.