酿酒葡萄振动脱落机构运动分析及研究平台设计

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1、2015年8月农机化研究第8期酿酒葡萄振动脱落机构运动分析及研究平台设计王丽红，袁盼盼，李成松，坎杂，王哲(1．石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832003;2．新疆生产建设兵团农业机械重点实验室，新疆石河子832003)摘要:为提高酿酒葡萄采收效率、降低采收成本，设计了酿酒葡萄果实振动脱落机构，并对该机构进行了运动分析，得出了驱动部分角位移表达式及工作部分肋条末端有效振幅的表达式。利用ADAMS参数化宏命令及二次开发功能搭建了该机构虚拟样机研究平台，并赋予各参数值进行了虚拟仿真分析同理论计算分析对比，曲柄旋转1圈摇杆偏离初始位置的角位移、肋条末端有效振幅的理论分析结果与虚拟样机研究平台

2、仿真结果吻合，验证了脱落机构理论分析的正确性和虚拟样机研究平台的可行性。关键词:酿酒葡萄;振动脱落;运动分析;研究平台中图分类号:S225．99文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)08－0053－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.08.012可调，求出各结构最佳参数，加速物理样机的研究进0引言度，为振动脱落机构的进一步研究与试验提供依据。［1］葡萄是世界上最古老的植物之一，世界各地的1振动脱落机构的组成及原理葡萄品种有上千种，总体上可以分为酿酒葡萄和鲜食葡萄两大类。酿酒葡萄生产过程中的收获环节是一振动脱落机构简图如图1所示。项季节性强和劳动密集型

3、的工作，所用劳动力占整个［2－3］生产过程所用劳动力的35%～45%。酿酒葡萄的采收目前完全依靠人工，劳动强度大、效率低;人工采收费用高，采收费用约占生产期间总人工费用的50%;多次搬运装卸，造成葡萄的机械损伤影响葡萄的［4］质量，现已严重制约了酿酒葡萄产业的发展。因此，［5－6］机械化采收是酿酒葡萄产业发展的必然趋势。振动脱落技术是实现酿酒葡萄机械化采收的核心技术之一，振动脱落机构是酿酒葡萄收获机械的核［7－10］心部分。振动脱落机构两侧的工作部件将葡萄植株进行一定压缩后进行强迫振动，强迫振动通过葡萄枝干传递至葡萄粒;葡萄粒在接受外界强迫振动后，会以一定的频率和振幅发生振动，当接受到的惯图1

4、振动脱落机构简图性力大于同果蒂的连接力时会发生分离，从而完成采Fig．1Diagramofthevibratorymechanism收作业。对振动脱落机构的运动分析可确定构件运图1中，Ｒ1、L1、Ｒ2和机架组成的ＲSSＲ空间四杆动所需空间及结构外部尺寸参数，确定构件能否实现机构是驱动部件。其中，Ｒ1和Ｒ2同机架组成转动副，［11］预定位置变化或轨迹的要求。L1同Ｒ1和Ｒ2组成球副，B件、C件组成工作部件，与Ｒ2利用ADAMS软件二次开发功能及宏命令建立振固结为一体，B件作用于葡萄植株进行采收作业;葡动脱落机构仿真研究平台，通过对振动脱落机构位置萄植株从a、b点之间进入，被压缩后宽度为L2，葡萄

5、分析，确定杆件的运动空间。该平台能实现结构参数行宽度为L时，压缩量为(L2－L);B件的振动幅度(A点绕O点旋转两个极限位置的直线距离)、振动频收稿日期:2014－08－06基金项目:新疆生产建设兵团博士资金专项(2012BB011)率(Ｒ1的转速)、分布规律(B件在C件上的排布位置作者简介:王丽红(1975－)，女，河北邯郸人，副教授，(E－mail)wlh_以及两侧之间的相对位置)及对葡萄行的压紧程度shz@163．com。(主要体现为L的大小)会影响到葡萄粒的运动，从而2·53·2015年8月农机化研究第8期影响葡萄的分离率、损伤率等。为了能够在采收时对y，则有iβ2iβL这些影响因素进

6、行调节，振动脱落机构的相关结构均为L2e+le=s+ai(5)可调设计。解得角位移为工作时，工作部件左右两部分分别位于葡萄行两a+槡a2+s2－C2β2=±2arctan90°(6)侧，前部收拢葡萄植株，后部对其进行压缩;电机将动s－C2222力通过驱动轴传至偏心块(ＲSSＲ机构曲柄)，偏心块l－s－a－L3C=(7)的旋转运动通过拉杆(ＲSSＲ机构连杆)转换为工作部2L3件摆动板(ＲSSＲ机构摇杆)的摆动运动，从而带动工式(6)中的正负号分别用于图3中O2B位于实线作部件进行摆动;工作部件左右两部分对葡萄植株的和虚线位置(曲柄转角位90°时，β2角位移为0)。压缩程度的改变，可以通过调节两

7、者之间间距实现;工作部件的振幅和频率可通过调节驱动部件的结构尺寸和电机转速(通过变频器)实现，以达到采收所需。2振动脱落机构的运动分析2．1驱动部分采用当量平面机构法对驱动部件进行运动学分［12－13］析。驱动部件结构简图如2所示。其主动轴O1和从动轴O2垂直交错，连杆AB同O1、O2组成球面副，O1A、O2B同机架组成转动副。O1ABO2为叉角90°的ＲSSＲ机构。进行运动分析的最终目的是得到摇