枸杞振动采收机理研究.pdf

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1、StudyonVibrationHarvestingMechanismofWolfberryADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByHeMiao(MechanicalDesignandTheory)DissertationSupervisor:Prof.KanZaWangLi-hongMay,2018摘要枸杞是我国传统名贵的中草药，富含类胡

2、萝卜素、多糖、磷、锌等多种营养成分，具有增强免疫力、抗氧化等多方面的药理作用。目前，进行枸杞大规模种植的仅有中国，而人工采收的方式已经不能适应枸杞种植业的发展，迫切需要枸杞的机械化采收。振动式采收被认为是进行大规模林果采收最有效的方法，因此，研究枸杞振动采收机理具有重要意义。本文进行枸杞结果枝果-蒂振动分离试验，获取影响果-蒂分离的最优参数组合，在该参数条件下研究果-蒂振动分离的加速度响应；重建枸杞植株三维实体模型，进行动力学仿真，获得植株的共振频率范围；通过田间植株振动试验，获得植株共振频率，结合仿真分析结果，确定最佳激

3、振频率范围；试验研究植株枝条间的加速度响应关系，结合果-蒂振动分离加速度响应，确定枸杞振动采收加速度需求条件。（1）搭建振动分离试验平台，进行枸杞结果枝果-蒂振动分离试验，得到最优振动组合参数，即振动频率18.22Hz、振幅7.87mm和结果枝行进速度20.93mm/s，在此参数下，果实分离率达到95.18%。利用高速摄像技术拍摄最优组合参数下的果-蒂振动分离过程，获得枸杞结果枝果-蒂分离加速度响应：当结果枝被直接激振时，被激振处加速度需在518.38～551.06m/s2的范围内，结果枝末端加速度需在347.64～390

4、.56m/s2的范围内。（2）利用三维数字扫描仪对枸杞植株进行扫描，获得植株的点云数据，通过数据预处理，提取植株点云数据的基本特征，获得植株主枝基本参数和空间骨架结构，重建植株三维实体模型。根据植株实体模型建立植株有限元模型，进行动力学仿真，通过模态分析获得枸杞植株的固有频率，确定振动频率范围为12.7~22.4Hz；通过谐响应分析，获得植株的共振频率范围为4~5Hz、8~11Hz、13~15Hz、18~25Hz、26~27Hz，在13-24Hz频率范围内能够获得较明显的最大加速度；枸杞结果枝果-蒂振动分离试验获取的最优组

5、合参数中激振频率为18.22Hz，综上分析，激振时考虑在18~22Hz的范围内选择频率。（3）对枸杞植株进行田间振动试验，获得植株共振频率，与仿真获得的共振频率范围相符，确定最佳频率范围为18~22Hz；试验研究枸杞枝条间的加速度响应关系，结合枸杞结果枝果-蒂振动分离加速度响应范围347.64～390.56m/s2，获得枸杞振动采收加速度需求条件：当所有结果枝均被直接激振时，被激振处的加速度需要达到518.38～551.06m/s2；当所有三级枝均被直接激振，存在结果枝不能被直接激振时，三级枝被激振处的加速度需要达到173

6、8.20～1952.80m/s2。关键词：枸杞；振动；加速度响应；高速摄像；三维扫描IAbstractWolfberryisatraditionalChinesepreciousherbalmedicine;Wolfberryisrichincarotenoids,polysaccharides,phosphorus,zincandothernutrients,ithasmanypharmacologicaleffectssuchasenhancingimmunityandresistingoxidation.Atpres

7、ent,onlyChinaiscarryingoutlarge-scaleplantingofwolfberry,themethodofartificiallyharvestingwolfberrycannolongeradapttothedevelopmentofthewolfberryplantingindustryandurgentlyrequiresthemechanizedharvestingofwolfberry.Vibratoryharvestingisconsideredtobethemosteffecti

8、vemethodforlarge-scaleharvesting;therefore,itisofgreatsignificancetostudythemechanismofvibrationrecoveryofwolfberry.Thispaperobtainstheoptimalparameterc