机械振动式沙棘采收的动力学研究

《机械振动式沙棘采收的动力学研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、机械振动式沙棘采收的动力学研究作者：天天论文网日期：2016-7-711:43:29点击：0引言沙棘(SeaBuckthorn,SBT)属胡颓了沙棘属，为落叶灌木，其果实为浆果。沙棘是优良的水土保持树种和三料树种(燃料、饲料、肥料)［1］。我国因生态治理的需要，已拥有沙棘林200万hm2之多，占世界沙棘总而积的90%以上，其«

2、>80%以上分布在西部地区［2］。另一方面，沙棘果实富含维生索和酚类化合物，在世界匕的某些地区作为药材和食品［3］。沙棘果实不易收茯，因为它不容易形成分离层且树枝有刺。在加京大Sakatchewan,收获占总成本的58%［4］

3、。在亚洲，收获仍主要依靠手工或使用简单的手持工具,需要大约1500人时/hm2［5］。因此,机械或其他沙棘果实收茯技术的发展已经引起了相当大的关注［6］。目前，采收方法包括有直接榨汁采收法［7］、树干振摇法［8］、树枝振摇法［9一12］、真空吸收法［13］,激素催熟法［14-15］和整枝采收法［16］。其中，俄罗斯的树干振摇采收机效率最高达到50kg/h;但其损失率太高，达50叙日前可行的且商业化的是徳国Kranemann公司的整枝采收振动法，先整枝剪收，再冷冻后振动取果，速率能以30kg/h采收80%的果实。此外，有些品种可以在不冷冻的前捉下，在I

4、II间直接振摇收茯，如“llerg。”品种町能发展成为适合振动收茯的沙棘品种。对于人规模的果实采收，摇或振是唯一的可行的方法。虽然树干振动法能将整棵沙棘树一次收获，但仅对只有一个较短的树干分支的主干有效。树枝长且纤细的灌木很难通过摇晃树干收获，因为大部分能量在到达果实之前已经损失了［10—12］。因此，有一些尝试是通过直接振动分支收获沙棘果实。Stan等用黑加仑采收机测试了沙棘的7个品种，发现当使用18.5Hz的振动频率和25mm的振幅，有一个品种町成功收获［6］。瑞典的沙棘采收样机，在振幅为40〜55mm、频率为25Hz时实现了收获［12］。Man

5、n等发现加拿大西部的"IndianSummer”品种,频率在20Hz和25I1Z时,采收率随振幅增加而线性增加,在频率为25Hz和振幅为32mm时采收效果最好,在］1月时能将98%的果实在15s内振落［10］。通常情况下，不同作物的最优振动频率和振幅是不同的，与其尚有频率有关［17］。在实际设计振动收茯装置和III间试验Z前，有必要进行振动收获机制仿真和分析。本文以楚依沙棘树为例，结合ANSYS分析软件和Pro/Engineer(Pro/E)建模软件，对沙棘树的有限元模型进行了振动采收仿真。本研究有望为沙棘振动采收装备的研发提供一定的理论基础。1材料

6、与方法1.1沙棘的有限元模型生成沙棘树有限元模熨的周体单元体的步骤包括沙棘树的三维实体模型建模、三维实体模型导入ANSYS软件、有限元元索类型定义及有限元材料类型和网格化有限元沙棘树的定义。1.1.1沙棘树的三维实体模型沙棘树通常是窩约2OOOnini,树干窩约1000mm，树冠直径2OOOnin)，主要分支直径从20〜50mm不等，其次一级分支直径大约10mm或者更小。图1(°)为了一棵楚依沙棘树。沙棘树的三维模型采用Pro/E软件建立。沙棘树的形状很不规则，所以树干和树枝被定义为变量截面、不规则的旋转部分和建模通过使用Pro/E可变截面的函数。果

7、实主要生长在沙棘树的侧枝，沙棘树有很多侧枝，导致计算效率显著下降。果实的收茯经验表明：侧分支在振动收茯过程中对主振枝影响很小［10］。因此，沙棘树的结构应尽可能简单,以便在有限元分析过程中提高计算效率和减少计算时间。沙棘树的三维模型如图1(b)所示。(a)(b)图1沙棘树及其Pro/E三维建模Fig.1ASBTtreeandit's3DmodelbyPro/E1.1-2沙棘树的冇限元模型沙棘树的三维实体模型通过冇限元分析软件ANSYS利Pro/EZ间的接口从Pro/E导入ANSYS中，所有单位的接口数据模型在导入过程中须一致，min-t-s是本文采用

8、的单位制。有限元分析之前需要将一实体模型离散成一系列冇限自山度元索，所以进行冇限元分析时冇限元类型的选择是极其重要的。考虑沙棘树的不规则几何模盘，选择SOL1D1858-node三维等参数的不相容的有限ydANSYS实体元索。木质索作为沙棘的主要组成部分，是一种无定形结构但具冇刚度各向同性属性的物质。因此，沙棘树被认为是各向同性材料。根据已冇参考文献，表1小列出沙棘树材料属性参数。沙棘树的模型使用ANSYS的自由网格的SmartSize工具进行网格划分。图2显示了沙棘树组成的网格模型的290724个单元体和690009个节点。图2沙棘树的有限元模型F

9、ig.2MeshmodelofFEMofSBTtree表1沙棘树的材料属性表Table1Materialpr