梳夹式红花丝采摘装置的设计与研究.pdf

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1、DesignandResearchofclampingcomb-typeSafflowerpickingdeviceADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringBySunWei-Ling(MechatronicEngineering)DissertationSupervisor:Prof.CaoWei-binMay,2018石

2、河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意。研究生签名：时间：使用授权声明本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅。有权自行或许可他人将

3、学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名：时间：导师签名：时间：摘要随着新疆红花种植面积不断增大，人工采摘效率低、劳动强度大、花丝残留浪费严重等问题日益凸显，严重限制了红花产业化发展，实现红花丝机械化采摘迫在眉睫。目前红花采摘机械研究多集中于气吸、气吸-梳剪式，存在能耗大，效率不高，掉落损失严重等问题，并未得到推广应用。红花机械采摘的难点在于分枝柔性大，花球位置难以固定，花球高低不一。本课题组研制的梳夹采摘装置，在梳齿和限位杆

4、的共同作用下固定花球位置，梳齿夹紧花丝并旋转实现花丝拉拔，对提高花丝采摘效率，实现红花丝的机械化采摘具有重要意义。通过对红花物理特性和采摘力学特性的研究，为采摘装置的设计提供了参考依据。测得红花高度、花球高度极差、分枝直径及花球直径变化范围；分枝在开花3d～6d含水率变化不大，花丝在开3花3d～4d含水率为65%～80%，在开花4d～6d含水率急剧降低至30%左右；分枝密度为0.7244g/cm，3花球密度为0.2091g/cm；花丝与花丝的最小的摩擦系数为0.23，花丝与模具钢的最小摩擦系数为0.4

5、5；建立了花丝抗拉力与夹持根数、含水率之间的关系；通过三点弯曲试验获得了分枝的弹性模量与抗弯强度。基于对红花丝采摘需求的分析，确定了梳夹采摘整体方案并提出了梳夹采摘的理想采摘过程，通过参数计算和梳夹力学分析对梳夹采摘装置关键部件进行设计并确定结构参数，对往复机构进行运动仿真分析，得到所设计的采摘装置运动平稳无冲击，并对梳齿进行强度校核，所设计的梳夹采摘装置满足设计要求。基于ANSYS/LS-dyna平台建立了简化的梳夹采摘模型并对梳夹采摘过程进行了分析，通过分析梳夹采摘装置不同结构和运动参数对花球及分

6、枝运动姿态的影响，确定采摘装置行走速度2.5km/h，梳齿转速n=150r/min，限位杆轴线与梳齿旋转中心的水平距离a=30mm，安装中心距R=85mm，梳夹采摘装置可采摘与梳齿相对高度h=30mm的花球；梳齿主要工作部分为齿顶，与梳齿长度无关；齿顶开始喂入花丝至齿顶和花丝分离与水平方向的夹角分别为60°和70°，即梳齿夹花角度为10°。对梳夹采摘装置进行结构优化，确定凸轮夹花角度为10°，梳齿排数为6，增大梳齿齿顶与花丝的接触面积以增大花丝喂入量。搭建梳夹采摘装置和红花输送装置物理样机，通过梳齿夹

7、紧力测试验证了梳夹采摘装置的理论设计，基于高速摄像试验和采摘试验验证了虚拟采摘模型建立的准确性，试验结果表明其中56%的花球可以到达理想采摘位置，平均采净率为48.5%。关键词：红花；采摘；梳夹；仿真；试验分析IAbstractWiththeincreasingoftheplantingareaofSafflowerinXinjiang,problemssuchaslowefficiencyofartificialpicking,highlaborintensityandseriousfilament

8、sresiduearebecomingincreasinglyprominent.Thedevelopmentofsafflowerindustrializationisseriouslyrestricted,soitisurgenttorealizemechanizedpickingofsafflower.Atpresent,theresearchofsafflowerpickingmachineryismostlyfocusedonairsuctio