可调振幅单向拽振式林果采收机构参数优化

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1、第30卷第16期农业工程学报Vol.30No.162014年8月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringAug.201425可调振幅单向拽振式林果采收机构参数优化1,211111,2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

2、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8a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7r/min，振摇曲柄转动频率在5～14Hz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

3、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.DuXiaoqiang,NiKe’nan,PanKe,etal.Parameteroptimizationofstroke-adjustableandmonodirectionalpullingfruitharvester[J].

4、TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2014,30(16):25－32.(inChinesewithEnglishabstract)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[1]业。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2[2]别达1213.99万

5、hm和1.51亿t。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大型采摘机器[14-16]。曲柄连杆式激振机构是通过旋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[3-5][17-19]70%。中国林果业正向着规模化、产业化方向发便地实现大行程，但无法根据采收对象特点进展，依靠人工采收的方式已不能满足生产和收获的行调节，容易伤害果树。然而，振摇采摘机的收获需要。效果受

6、多种因素影响，包括果树的生长特性和激振[20]随着劳动力成本不断上涨，果品收获机械的应机构的振动参数（振幅和频率）。一些研究人员[6-10]用越来越广泛，已用于采收多种果品。常用的也发现振动参数可调的收获机械可以根据所使用果品收获机为振摇采摘机，能实现大规模采收，其的振动参数（频率、振幅和激振时间）改善收获过[11-12][21-24]收获效率比人工提高了5～10倍。振摇采摘机程的效率和质量。山核桃是浙江省的特色林果，具有很高的经济收稿日期：2014-04-18修订日期：2014-08-14价值，其植株高度高达8m，其主要在陡峭的山地基金项目：国家自然

7、科学基金资助项目（51475433，51175476）；高等上生长，所以山核桃采摘难度很大。通过嫁接改良、学校博士学科点专项科研基金（20113318110001）；浙江省钱江人才计削枝整形等方法，可对新造林或幼林进行矮化，以划（2012R10055）；浙江省留学人才科技活动择优资助项目（浙人社函[2012]323号）；浙江理工大学科研创新团队专项（13020049-Y）最终达到平地推广种植。矮化后的山核桃树高一般作者简介：杜小强（1978－），男，福建福清人，副教授，主要从事农为5m，主枝平均直径为20～40mm，果实大多分业机械设计方面的研究。杭州

8、浙江理工大学机械与自动控制学院，[25]310018。Email：xqiangdu@zstu.