可调振幅单向拽振式林果采收机构参数优化-IngentaConnect.PDF

第 30 卷 第 16 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.16 2014 年 8 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug. 2014 25 可调振幅单向拽振式林果采收机构参数优化 1,2 1 1 1 1 1,2 杜小强 ，倪柯楠 ，潘 珂 ，陈少钟 ，高 旗 ，武传宇 （1. 浙江理工大学机械与自动控制学院，杭州 310018 ； 2. 浙江省种植装备技术重点实验室，杭州 310018 ） 摘 要：为提高果园的采收作业效率，该文提出了一种振幅可连续调节的单向拽振式林果采收机构。该机构主要 由输出直线往复振动激励的曲柄摇杆滑块机构和实现振幅调节功能的曲柄滑块机构组成。该文对振摇机构建立了 运动学模型，推导得到机构行程与调幅量方程。在满足振摇幅度及调幅量要求的前提下，采用遗传算法对变幅振 摇机构进行尺寸优化。根据优化结果建立了变幅振摇机构的三维模型，在 ADAMS 软件中对调幅曲柄和振摇曲柄 同时转动时的振摇机构动力学特性进行仿真分析。在上述理论分析的基础上完成样机加工并开展 8 a 树龄矮化山 核桃田间采收试验，结果表明当调幅曲柄转速为 7 r/min，振摇曲柄转动频率在 5～14 Hz 范围内连续变化时，振 幅可调的单向拽振式林果采收机构能够实现山核桃的采收，平均采收率为 63.9% 。 关键词：收获；动力学分析；遗传算法；单向拽振；振幅可调；尺寸优化 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.16.004 中图分类号：TH112.1 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2014)-16-0025-08 杜小强，倪柯楠，潘 珂，等.可调振幅单向拽振式林果采收机构参数优化[J].农业工程学报，2014，30(16)： 25－32. Du Xiaoqiang, Ni Ke’nan, Pan Ke, et al. Parameter optimization of stroke-adjustable and monodirectional pulling fruit harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(16): 25 －32. (in Chinese with English abstract) 对果树施加的振动激励由激振机构产生，主要有非 0 引 言 平衡偏心作用式和固定长行程曲柄连杆式激振机 林果业已成为中国许多地区致富的支柱产 构 2 种类型[13] 。偏心作用式激振机构通过偏心块作 业[1] 。据统计，2012 年中国果园生产面积和产量分 圆周运动来产生惯性力激振，结构简单、振动频率 别达 1 213.99 万 hm2 和 1.51 亿 t[2] 。然而由于受果 大、振幅小及激振力大，但该机构需要配置偏心块， 园传统栽培模式及中国果园机械化生产起步晚等 且调节振幅时需要更换偏心块，操作复杂，多用于 因素影响 当前中国果园收获主要还是靠人工手摘 [14-16] 。曲柄连杆式激振机构是通过旋 ， 大型采摘机器 或借助一些简单工具，其费用约占成本的 50%～ 转曲柄带动输出杆作直线往复运动，此类机构可方 70%[3-5] 。中国林果业正向着规模化、产业化方向发 便地实现大行程[17-19