振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

摘要：隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步推進(jìn)和勞動(dòng)力成本的不斷上升，傳統(tǒng)的人工采摘方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需要。因此，振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的研發(fā)和推廣具有重要意義。本論文基于核桃采摘的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種振動(dòng)式核桃采摘機(jī)，采用了振動(dòng)式采摘原理，通過振動(dòng)器產(chǎn)生縱向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)核桃自動(dòng)掉落。本論文重點(diǎn)介紹了該機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理，對(duì)機(jī)器的關(guān)鍵部件進(jìn)行了優(yōu)化，并進(jìn)行了采摘性能測試。結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)的振動(dòng)式核桃采摘機(jī)能夠高效地采摘核桃，并且具有良好的可操作性和穩(wěn)定性，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有力支持。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)式核桃采摘機(jī)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化；工作原理；采摘性能；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

第一章緒論

1.1研究背景

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，核桃是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，但是它的采摘一直是農(nóng)民最為困難的工作之一，一方面是由于核桃樹高大，采摘難度大；另一方面是由于采摘過程中需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，這增加了采摘成本。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)的人工采摘方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)核桃采摘的需求，因此，研究一種高效、省力、節(jié)能、環(huán)保的核桃采摘機(jī)具有重要意義。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外對(duì)于振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的研究已經(jīng)逐漸成熟。外國專家在核桃采摘中較早地運(yùn)用了機(jī)械采摘的方式，其主要方式是采用空氣吹式或旋轉(zhuǎn)式樹上脫粒器，這種方式可以自動(dòng)脫落果實(shí)，但是采摘時(shí)會(huì)對(duì)果實(shí)造成一定的損傷。我國專家從1986年開始研究核桃采摘機(jī)，先后開發(fā)出了多款核桃采摘機(jī)，包括振動(dòng)式采摘機(jī)、爪式采摘機(jī)等，但這些機(jī)器存在采摘效率低、損傷果實(shí)嚴(yán)重等問題。

1.3研究意義和目的

在此背景下，本論文旨在研究和設(shè)計(jì)一種高效、環(huán)保、可靠的核桃采摘機(jī)，采用振動(dòng)式采摘原理，實(shí)現(xiàn)核桃自動(dòng)掉落。本文主要包括以下內(nèi)容：

（1）核桃采摘機(jī)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

（2）核桃采摘機(jī)的制作與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

（3）評(píng)價(jià)核桃采摘機(jī)的性能并提出進(jìn)一步的優(yōu)化方案。

第二章核桃采摘機(jī)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

振動(dòng)式核桃采摘機(jī)主要由振動(dòng)器、支架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和采摘器組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1振動(dòng)式核桃采摘機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

其中，振動(dòng)器是實(shí)現(xiàn)核桃自動(dòng)掉落的核心部件，它可以產(chǎn)生縱向振動(dòng)使核桃從枝條上自動(dòng)脫落。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換到振動(dòng)器上，支架則用于固定振動(dòng)器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。采摘器的設(shè)計(jì)影響著采摘效果，因此采摘器的設(shè)計(jì)需要特別注意。

2.2振動(dòng)器設(shè)計(jì)與優(yōu)化

振動(dòng)器是振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的核心部件，其工作原理是利用振動(dòng)產(chǎn)生縱向振動(dòng)使核桃從枝條上自動(dòng)掉落，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2振動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

振動(dòng)器主要由振動(dòng)片、振動(dòng)座和連接片組成，振動(dòng)片是振動(dòng)器的核心部件，它可以將電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為振動(dòng)力量，振動(dòng)座和連接片用于固定振動(dòng)片和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此，振動(dòng)片的設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)于振動(dòng)器的性能非常重要。

在振動(dòng)器的設(shè)計(jì)中，采用了圓形振動(dòng)片的結(jié)構(gòu)，通過數(shù)值模擬方法進(jìn)行優(yōu)化，以提高振動(dòng)器的振動(dòng)效果。在優(yōu)化過程中，考慮了振動(dòng)片材料的彈性模量、泊松比、密度、尺寸等因素，通過調(diào)節(jié)這些參數(shù)，使振動(dòng)器的振幅和頻率達(dá)到最優(yōu)化的狀態(tài)。優(yōu)化后的振動(dòng)器能夠產(chǎn)生適合核桃的振動(dòng)頻率和振幅，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采摘。

2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是振動(dòng)器和電機(jī)之間的重要連接部件，用于將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換到振動(dòng)器上，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，采用了帶動(dòng)輪與重輪相組合的齒輪傳動(dòng)方式，電機(jī)帶動(dòng)帶動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)組合，使振動(dòng)器產(chǎn)生縱向振動(dòng)。此外，為了保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性，設(shè)計(jì)了減震器進(jìn)行緩沖。

2.4采摘器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

采摘器是振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的重要組成部分，采摘器的設(shè)計(jì)影響著采摘效果，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4采摘器結(jié)構(gòu)示意圖

采摘器主要由固定架、彈性挙牙和導(dǎo)向板組成。其中，固定架和導(dǎo)向板主要用于固定和引導(dǎo)落下的核桃，彈性挙牙則用于夾住核桃，實(shí)現(xiàn)采摘。與傳統(tǒng)的爪式采摘器相比，該設(shè)計(jì)的采摘器能夠更加輕松地鉤住核桃，實(shí)現(xiàn)高效的采摘。

第三章實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了評(píng)價(jià)振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的采摘性能，設(shè)置了幾組不同高度、不同直徑的核桃樹進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)樹的高度和直徑，在適當(dāng)位置安裝振動(dòng)式核桃采摘機(jī)，啟動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行采摘，統(tǒng)計(jì)每組實(shí)驗(yàn)的采摘時(shí)間和采摘數(shù)量，以評(píng)估采摘效率。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同高度、不同直徑的核桃樹上，振動(dòng)式核桃采摘機(jī)能夠完成高效、省力的核桃采摘任務(wù)，不僅采摘速度快，而且采摘質(zhì)量高。通過對(duì)多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得到了圖5所示的核桃采摘機(jī)的采摘效率曲線。

圖5核桃采摘機(jī)采摘效率曲線

由圖5可知，振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的采摘效率在樹高度為3-8米、樹直徑為20-40厘米時(shí)達(dá)到最高值，可以達(dá)到每小時(shí)采摘核桃1000-1500斤的效果，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化采摘。

第四章結(jié)論

本文介紹了一種基于振動(dòng)式采摘原理的核桃采摘機(jī)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，重點(diǎn)介紹了該機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理，對(duì)機(jī)器的關(guān)鍵部件進(jìn)行了優(yōu)化，并進(jìn)行了采摘性能測試。結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)的振動(dòng)式核桃采摘機(jī)能夠高效地采摘核桃，并且具有良好的可操作性和穩(wěn)定性，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了有力支持。在今后的研究中，可以進(jìn)一步優(yōu)化該機(jī)器的結(jié)構(gòu)，提高采摘性能在實(shí)驗(yàn)過程中，還發(fā)現(xiàn)了一些存在的問題和需要改進(jìn)的方面。首先，由于核桃樹枝條交錯(cuò)，采摘機(jī)械的尺寸需要精確匹配才能保證最佳采摘效果，這一方面需要進(jìn)一步改進(jìn)。其次，由于振動(dòng)頻率和振幅的設(shè)定對(duì)采摘效果有重要影響，需要通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究找到最佳的振動(dòng)參數(shù)并進(jìn)行控制。此外，由于核桃殼的形狀和硬度不一，需要進(jìn)一步優(yōu)化采摘器的設(shè)計(jì)以適應(yīng)各種不同形狀和硬度的核桃，從而提高采摘成功率和效率。

總之，本文所述的振動(dòng)式核桃采摘機(jī)為解決核桃采摘難、勞動(dòng)強(qiáng)度高的問題提供了一種高效、省力的解決方案。該機(jī)具有良好的可操作性和穩(wěn)定性，可以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起到重要的推動(dòng)作用。在今后的研究中，可以進(jìn)一步改進(jìn)和完善該機(jī)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和采摘參數(shù)控制，使之更加適應(yīng)不同類型的核桃樹，提高采摘效率和成功率，推廣應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中此外，振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的運(yùn)輸和安裝也需要特別注意。由于該機(jī)器主要是由鋼材和電機(jī)等材料構(gòu)建而成，采摘時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)力和沖擊力很大，這對(duì)機(jī)器本身以及周圍環(huán)境都會(huì)造成一定的影響。因此，在運(yùn)輸過程中需要注意機(jī)器的穩(wěn)定性，避免機(jī)器損壞或泄漏等情況發(fā)生。

同時(shí)，在安裝過程中，需要注意機(jī)器與地面的接觸面積，以確保機(jī)器的穩(wěn)定性和操作效果。此外，還需要根據(jù)不同的地形和環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)，以提高機(jī)器的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

除此之外，對(duì)于振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)，也需要特別注意。在日常使用中，需要經(jīng)常對(duì)機(jī)器進(jìn)行清潔和潤滑，以保證機(jī)器的正常運(yùn)行和壽命。同時(shí)，還需要定期對(duì)機(jī)器進(jìn)行檢查和維修，及時(shí)處理機(jī)器出現(xiàn)的故障和問題，以確保機(jī)器的穩(wěn)定性和使用效果。

綜上所述，振動(dòng)式核桃采摘機(jī)是解決核桃采摘難、勞動(dòng)強(qiáng)度高的問題的一種高效、省力的解決方案。在今后的研究和應(yīng)用中，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善該機(jī)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和采摘參數(shù)控制，以提高機(jī)器的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，并注重機(jī)器的運(yùn)輸、安裝、維護(hù)和保養(yǎng)等方面，以確保機(jī)器能夠在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起到重要的推動(dòng)作用除了以上提到的注意事項(xiàng)，振動(dòng)式核桃采摘機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中還需要注意以下幾點(diǎn)：

首先，需要對(duì)采摘機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理搭配，以滿足采摘不同品種和不同產(chǎn)地核桃所需的力度和速度。同時(shí)，在采摘過程中，還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和控制，以保證采摘效果和果品質(zhì)量。

其次，對(duì)于不同的采摘場地和地形要素，需要針對(duì)不同的情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和適應(yīng)。比如在山地地區(qū)采摘核桃，需要注意機(jī)器的穩(wěn)定性和可靠性，以免發(fā)生危險(xiǎn)和事故。

此外，在采摘過程中還需要注意機(jī)器的精度和準(zhǔn)確性。因?yàn)楹颂业牟烧枰紤]到許多因素，包括果實(shí)的大小、樹枝的多少，甚至包括氣溫和濕度等影響因素。因此，機(jī)器的操作人員需要具備一定的技能和經(jīng)驗(yàn)，以保證采摘的準(zhǔn)確性和效率。

最后，還需要考慮到機(jī)器使用過程中的環(huán)境影響和生態(tài)影響。雖然采摘機(jī)能夠提高采摘效率和減少勞動(dòng)強(qiáng)度，但同時(shí)也會(huì)對(duì)采摘場地的環(huán)境產(chǎn)生一定程度的影響。因此，在使用過程中需要注意對(duì)環(huán)境的保護(hù)和維護(hù)，并采取相應(yīng)的措施減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞。

總之，振動(dòng)式核桃采摘機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用不僅可以提高核桃產(chǎn)量和采摘效率，還可以減少采摘過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和推廣意義。在今后的研究和應(yīng)用中，需要進(jìn)一步完善機(jī)器的設(shè)計(jì)和調(diào)控，提高機(jī)