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核桃采摘机的设计与试验研究

郑甲红;刘梦飞;路平

【摘要】通过对核桃采收率进行振动频率、振幅和振动位置3因素试验，建立起实体模型，初步探讨了激振力与果枝振动机械损伤之间关系，找到振动频率和振幅最佳组合，为设计核桃采收机提供依据。%Walnutoilrecoverythroughthevibrationfrequency,amplitudeandvibrationpositionthree-factortest,buildnbsp;physicalmodels,andtoexploretheexcitingforceandthefruitingrelationshipbetweenvibrationmechanicaldamage,vi-brationfrequencyandamplitudetofindthebestcombinationforthedesignwalnutharvestingmachinesprovidethebasis.

【期刊名称】《农机化研究》

【年(卷),期】2014(000)008

【总页数】5页(P169-173)

【关键词】核桃采摘机;有限元分析;振动试验

【作者】郑甲红;刘梦飞;路平

【作者单位】陕西科技大学机电工程学院，西安710021;陕西科技大学机电工程学院，西安710021;陕西科技大学机电工程学院，西安710021

【正文语种】中文

【中图分类】S225.93

0引言

核桃是世界著名的4大坚果之一，具有很高的营养价值。核桃本身含有丰富的脂肪(核桃油),特别是含有不饱和脂肪酸，具有保健作用；含有很高的蛋白质，营养价值高；富含维生素E，具有美容作用；同时，含有磷脂成分，对抑制脑细胞老化、增强记忆力很有帮助。

陕西省属我国核桃三大栽培区(西北、华北、云贵)之一，是核桃生产大省。随着核桃种植面积的增加、产量的提高以及农村劳动力的短缺，核桃采收加工处理问题将会逐步突显出来，最终可能会成为制约核桃产业化、规模化发展的瓶颈，采收处理机械化已是当务之急。为此，本课题研究开发先进实用、操作简便、适宜矮化新品种核桃树的小型采摘机，以满足采摘过程的农艺要求，减轻劳动强度，提高生产效率和产品质量，从而实现陕西省核桃种植业的规模化、良种化、标准化生产，保持核桃产业持续健康发展。

1设计要求

1)采收对象。适用于机采的林果为对采摘质量要求不高、果皮较为坚硬而不易损伤的大多数干果、坚果和部分鲜食水果，如红枣、沙枣、核桃和杏等。

2)适合机采的果树的直径范围为10～20cm。

3)采摘设备为偏心振动落果机，由小型汽油发动机和偏心激振器两部分组成。通过偏心块的转动产生的离心惯性力对树干振摇，使成熟的核桃掉落下来，再配套收集装置，振落的核桃落入收集器中。

4)用机械振动的方式推摇果树，使果实在瞬间惯性力作用下脱落。

5)采摘生产率不小于25棵/h，采净率不低于90%(成熟度较好)。

2结构设计

根据密植核桃林模式下采收作业空间小、机械化作业条件差的现状，设计了便携式振动采摘机(如图1所示)，采用对树干振摇的方式。工作时，汽油机将动力由软轴传至激振器，激振器产生振动作用于核桃树树干，果枝在强迫振动下以一定的频率与振幅振动，核桃在果枝的振动下获得加速度，加速运动的核桃产生惯性力，当惯性力大于果枝与核桃的结合力时，核桃与果梗分离，从而实现振动式采摘。采摘中可通过调节汽油机的油门来控制激振器中偏心轴的转速，从而控制激振器的频率。

图1核桃采摘机的装配图

3核桃采摘性能对比试验

3.1核桃树实体模型

在ProE中建立核桃树树体三维模型如图2所示。

3.2树体模态分析(ansysworkbench)

将树体的三维实体模型保存为Parasolid.x_t格式，在Workbench中建立模态分析项目，并导入该模型，如图3所示。设置树体的材料属性，包括弹性模量、泊松比及密度；设置网格属性后采用自动网格划分法，划分网格如图4所示。对树体根部施加固定约束，然后求得树体6阶模态响应如图5～图10所示。

图2核桃树三维实体模型

图3树体三维模型导入workbench

图4树体网格划分

图51阶模态

图62阶模态

图73阶模态

图84阶模态

图95阶模态

图106阶模态

根据仿真结果列出树体固有频率表，如1表所示。

表1树体固有频率阶数频率/Hz阶数频率/Hz14.811424.861436.560846.709858.097668.5008

从模态图上可以看出：树体的固有频率和振型中，前两阶主要为主干枝振动，3,4阶主要是侧枝振动；其最大变形发生在侧枝的二级枝干上，5，6阶主要为主干枝