蓝莓采摘车采摘系统及植株振动模型仿真分析

摘要

随着人们健康意识的增强，蓝莓近年来大受追捧。种植面积和需求量的扩大，致使我国传统的手工采摘方式不能满足市场需求，开发蓝莓机械化采摘成为必然趋势。本文所进行的工作就是为了研发适合国内使用的蓝莓采摘车而做的基础研究，内容如下:
　　通过对蓝丰蓝莓生产基地进行考察，以获得的蓝莓生物学特性参数为依据，结合国外采摘机械工作原理，确定了采摘车采摘系统结构方案，对各部件进行了详细设计计算，并在Pro/E中建立虚拟样机采摘系统三维模型。
　　在ANSYS中建立蓝莓植株柔性体模型，将其和采摘系统Pro/E三维模型一同导入到ADAMS中，生成了采摘系统刚柔耦合动力学模型，并进行了多体动力学仿真分析。仿真分析中，将采摘系统对蓝莓植株的作用频率、作用幅度、作用时间和作用面积作为影响蓝莓采摘效率的因素，将植株柔性体上三个特征点的受力大小作为测量指标，通过单因素仿真分析和多因素仿真分析，得到了影响蓝莓采摘效率的各因素的主次顺序和最优采摘组合。
　　通过静态分析法建立蓝莓植株振动的数学模型，将材料力学中的振动理论应用于植株振动数学模型的建立过程中，将其振动情况分为轴向振动和径向振动。在植株轴向振动中将植株简化为存在轴向力的各项同性弹性杆，在植株径向振动中将植株简化为存在弯矩和剪切力的各项同性弹性杆，分别建立两个方向上的运动微分方程，最后通过解析法求得植株在受到采摘作用力时的位移响应输出和惯性力响应输出，并用MATLAB对振动过程进行动态仿真。将通过仿真分析得到的惯性力响应与实测的果枝分离力进行比较，得出对蓝莓采摘效率影响最大的振动力类型。
　　最后将所设计的采摘系统装配到采摘车样机上，在田间进行实际采摘效果试验，验证采摘系统的实际使用效果，测量通过仿真分析得到的最优采摘组合的采摘效率，并为采摘车的工作参数作进一步的优化。这些工作为构建高效采摘的蓝莓采摘机械提供了一定的技术路线和理论参考。

目录

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．1．1 蓝莓国内外现状

1．1．2 实现蓝莓机械化采摘的必然性然性

1．2 林果自动化收获国内外现状

1．2．1 林果收获机械国外研究现状

1．2．2 林果收获机械国内研究现状

1．3 蓝莓采摘技术国内外研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 论文研究的目的和意义

1．5 论文研究的内容

2 蓝莓的生物学特性调查试验及数据统计分析

2．1 我国蓝莓的生物学特性调查研究

2．2 基于DPS数据处理系统的回归分析

2．2．1 回归分析软件简介及回归分析目的

2．2．2 线性回归分析方法

2．2．3 逐步回归分析过程

2．2．4 逐步回归分析结果

2．3 蓝莓果实加速度与蓝莓主要生物学特性参数关系分析

2．3．1 相关分析

2．3．2 偏相关分析

2．3．3 通径分析

2．4 本章小结

3 蓝莓采摘车采摘系统三维设计及动力学仿真

3．1 Pro／ENGINEER软件简介

3．2 蓝莓采摘车的结构以及工作过程

3．2．1 蓝莓采摘车的结构

3．2．2 蓝莓采摘车的工作过程

3．3 蓝莓采摘车采摘指排机构设计

3．3．1 采摘方式的选取

3．3．2 采摘指排空间布置方案及采摘指设计

3．4 蓝莓采摘车采摘系统动力传动机构关键部件设计

3．4．1 偏心轮传动机构方案布置

3．4．2 偏心轮转速的确定

3．5 蓝莓采摘车采摘系统三维建模

3．5．1 采摘系统零部件实体建模

3．5．2 采摘系统传动机构的虚拟装配

3．5．3 采摘系统指排机构的虚拟装配

3．5．4 采摘系统运动学分析

3．6 基于ADAMS的采摘系统动力学分析

3．6．1 动力学分析的步骤

3．6．2 ADAMS中采摘系统模型建立

3．6．3 ADAMS中采摘系统仿真分析

3．7 本章小结

4 采摘系统植株振动模型的建立和求解

4．1 蓝莓果树果枝受力分析

4．2 蓝莓侧枝轴向振动响应公式建立过程

4．2．1 蓝莓侧枝轴向无阻尼自由振动响应公式建立过程

4．2．2 蓝莓侧枝轴向有阻尼自由振动响应公式建立过程

4．2．3 蓝莓侧枝轴向受迫振动响应公式建立过程

4．2．4 关键参数值的确定

4．2．5 蓝莓侧枝轴向振动响应动态仿真及分析

4．3 蓝莓侧枝径向振动响应公式建立过程

4．3．1 蓝莓侧枝径向无阻尼自由振动响应公式建立过程

4．3．2 蓝莓侧枝径向有阻尼自由振动响应公式建立过程

4．3．3 蓝莓侧枝径向受迫振动响应公式建立过程

4．3．4 蓝莓侧枝径向振动响应动态仿真及分析

4．4 本章小结

5 蓝莓采摘车田间试验

5．1 试验目的

5．2 试验设备

5．3 试验对象与田间情况调查

5．4 试验因素

5．5 试验指标

5．6 整机田间试验

5．7 采摘车采摘指排结构优化

5．8 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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