山地板栗捡拾机的设计与性能试验研究

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近几年随着农业产业结构调整和国家对林果经济政策的支持,板栗产业已成为部分地区优势产业和农业支柱产业。目前在板栗采收方面大部分地区还是依靠人工捡拾,不仅劳动强度大,而且收获期劳动力资源短缺也会使劳动力成本增加,栗苞上密生的尖刺还容易扎伤手指。现有的一些捡拾装备,大部分仍需人工手持来捡拾,不仅机械化、自动化程度较低,而且捡拾效率低,严重限制了我国板栗产业的快速发展。针对目前板栗捡拾收获存在的问题,设计了一款集捡拾、运输、收集为一体的山地板栗捡拾机,来实现板栗捡拾作业的自动化、机械化,从而来提高捡拾效率、增加农民收入、降低劳动强度、并减少种植成本,促进板栗收获机械的快速发展。主要研究内容如下:(1)对板栗捡拾机各装置进行了设计,确定了关键参数。得出:捡拾毛刷辊的转速应控制在50r/min,毛刷选取弹性模量为1.4 GPa的尼龙毛刷,直径为1mm,长度为115mm;浮动铲齿的每个齿叉间距为15mm,厚度为3mm,材料为45钢,捡拾栅条的材质选用304不锈钢弹簧钢丝,单根捡拾栅条直径为2mm,弧长为450mm,弧间距为330mm,捡拾栅条数量约为43根,捡拾条两端点相距330mm,每两根捡拾栅条左右间距10mm。通过计算得出自走装置行进过程中所需驱动力为108.104W,选用功率为150W的驱动电机。(2)对栗苞的运动过程进行了受力分析,并对关键部件进行了仿真分析。通过对栗苞运动过程中所处的A、B、C、D四个关键位置进行受力分析,得出栗苞在几个关键位置运动所需要的合力矩。对捡拾栅条进行静力学仿真得出捡拾栅条应力的最大值为36.514MPa,远小于不锈钢材料的屈服极限586MPa,满足设计要求。利用Solid Works软件对捡拾栅条驶过的面积进行比较可知,加入摆杆机构后捡拾栅条驶过的面积约增大了1.63倍。利用ADAMS软件对捡拾栅条仿真可知,加入摆杆机构后捡拾栅条左右的捡拾距离增大了30mm。随着摆杆转速的增大,捡拾的区域会增大,试验表明摆杆的转速为120r/min时栗果的捡拾效率最高。(3)设计了正交试验,得到了各响应指标的回归模型,通过对试验结果的分析得出了毛刷辊转速、前进速度和摆杆转速对收获效率和捡净率影响的主次关系,以及其交互作用对收获效率和捡净率的影响。最后利用Design-Expert软件所提供的Optimization(最优化)功能,得出最优解为:栗苞毛刷辊转速为50r/min,前进速度为0.4m/s,摆杆转速为120r/min。
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