抗倾覆香蕉采摘整机的设计与研究

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中文摘要：香蕉是当前全球产量较高的水果之一，产量位居世界第二。中国目前是世界上最大的香蕉生产国，香蕉产量与需求量持续增加，香蕉产业近年来保持高速发展态势。但是，中国香蕉产业的发展仍然面临着很多阻碍。中国的香蕉采摘时间较为集中，香蕉采摘作业具有季节性且劳动较为密集。而中国由于人口密集，耕地紧张等问题，香蕉的采摘还以人工采摘为主，香蕉采摘的机械化程度较低,采摘效率不高；同时，中国农村人口老龄化问题严重，劳动力逐渐向城镇或其他行业转移，这就直接导致了采摘成本不断升高。为保证中国香蕉产业的持续发展，研发香蕉采摘整机极为重要。本文针对中国当前香蕉采摘过程存在的问题。首先，对香蕉果柄采用复合材料弹性力学试验方法，对果柄试样做了径向与轴向压缩试验与含水率测试，获取香蕉果柄全部弹性参数，并为后续夹持切割部件的有限元仿真与整机动态仿真提供依据。其次，结合试验结果与文献总结对香蕉采摘整机与关键部件进行设计。香蕉采摘整机包括夹持切割装置、采摘伸缩臂与行走机构。重点对夹持切割机构与香蕉采摘伸缩臂进行设计。创新性地引入了前支式液压伸缩臂与配重块相结合的采摘方式，有效的提高了采摘的效率与稳定性。同时，对香蕉采摘机的伸缩臂的强度与刚度校核公式进行推导计算。再次，采用力矩法对香蕉采摘整机的四种采摘工况进行抗倾覆稳定性分析，结果表明，此次设计的香蕉采摘整机在水平或30°坡度作业时，不会发生倾覆。在30°坡度行驶时也不会发生倾覆。香蕉采摘机的设计完全满足采摘条件。接着，为了验证真实工况下的结构设计的合理性，利用ANSYS Workbench仿真分析软件对香蕉采摘机的主要部件进行有限元仿真分析。通过对伸缩臂与夹持切割部件的静力学仿真分析与模态分析验证了核心部件设计的合理性。同时，在满足设计的基础上，利用ANSYS Workbench软件的优化分析模块对伸缩臂与底部基座进行减重优化。在满足强度的基础上对这些部件进行减重优化设计。最后，为了对香蕉采摘机的后期优化提供依据，利用Adams软件对香蕉采摘机——果柄的刚柔耦合系统模型进行动态仿真分析。动态仿真分析了伸缩臂的加速度、香蕉果实的质量和果柄长度对香蕉果实振动的影响，并由仿真得出的曲线图分析影响香蕉果实振动的各因素的情况。

作者：

刘远力

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关键词：

香蕉采摘整机结构设计果柄力学性能抗倾覆稳定性

授予学位：

硕士

学科专业：

机械工程

导师：

苏继龙、曾钦达

学位年度：

2020

学位授予单位：

福建农林大学

语种：

中文

中图分类号：