油茶果采摘机振动特性研究

论文摘要

为适应我国油茶产业的迅速发展,提高油茶果采摘效率,国内油茶果自动化采摘设备研究不断深入。本论文针对新型研制的林果采摘机,以其振动特性为研究对象,目的是根据分析所获得的相关振动特性和参数,研究采摘机设计是否合理,指导设备改进优化,从而使设备具有更合理的结构和动态性能,避免激振频率与采摘机的固有频率接近而产生共振。论文主要包括内容如下：(1)介绍油茶果采摘机的结构特点,利用计算机辅助设计软件Pro/E完成油茶果采摘机的三维建模。(2)在ANSYS Workbench中建立采摘机车架的有限元模型,并进行模态分析和谐响应分析。通过分析看出,车架的整体刚度较好,结构设计合理,能有效避开共振频率。车架在谐载荷作用下,采摘臂安装面振动较小,车架对采摘臂工作时定位的准确性不会造成太大影响。(3)在ANSYS Workbench中建立采摘机臂架的有限元模型,选取臂架三种典型位姿进行模态分析和模态匹配研究。从模态分析的结果可以看出,臂架的固有频率远远高于激振频率,因此臂架不会发生共振。另外,根据模态分析的结果,找出了臂架存在的薄弱环节,并提出了相应的改进方法。通过模态匹配研究,找出了臂架存在局部共振的区域,并进行了结构改进设计,解决了存在的问题。(4)在ANSYS Workbench中建立采摘头的有限元模型,并进行模态分析。从模态分析结果可以看出采摘头的一阶固有频率与工作频率接近,存在共振的可能,为此利用正交试验法、神经网络及遗传算法对结构进行了优化,提高了采摘头的一阶固有频率,达到了避开共振频率的目的。(5)根据采摘机的工作原理,应用振动理论,建立采摘机系统的数学模型,并推导系统振动微分方程。然后利用MATLAB软件分析不同参数对模型响应的影响,找出响应频率的大小。本文研究表明：从振动特性研究的角度考虑,采摘机设计基本合理,对于存在的个别问题,通过本文采用的方法能够有效解决,使结构设计满足设计要求。同时,本文的研究也可为后续研究以及同类机械的相关研究提供有效的参考借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及来源
• 1.2 振动式采摘机研究现状
• 1.2.1 振动式采摘机的分类
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 振动特性研究方法简介
• 1.4 论文主要研究内容
• 2 油茶果采摘机结构特点
• 2.1 采摘机底盘结构
• 2.2 采摘机臂架结构
• 2.3 采摘机采摘头结构
• 2.4 本章小结
• 3 采摘机车架振动特性分析
• 3.1 ANSYS Workbench软件简介
• 3.2 车架结构模型的简化
• 3.3 车架结构有限元模型的建立
• 3.3.1 单元的选择
• 3.3.2 定义材料属性
• 3.3.3 网格划分
• 3.4 车架模态分析
• 3.4.1 模态分析概述
• 3.4.2 车架模态计算及结果分析
• 3.5 车架谐响应分析
• 3.5.1 谐波响应分析概述
• 3.5.2 谐波响应计算与结果分析
• 3.6 本章小结
• 4 采摘机臂架模态分析与匹配研究
• 4.1 臂架结构模型的简化
• 4.2 臂架结构有限元模型的建立
• 4.2.1 单元的选择
• 4.2.2 定义材料属性
• 4.2.3 网格划分
• 4.3 臂架整体模态分析
• 4.3.1 边界和约束的确定
• 4.3.2 模态参数求解
• 4.3.3 模态结构评价与分析
• 4.4 臂架零部件模态匹配分析
• 4.4.1 零部件模态分析
• 4.4.2 模态匹配分析
• 4.5 本章小结
• 5 采摘头模态分析与优化
• 5.1 采摘头结构模型的简化
• 5.2 采摘头结构有限元模型的建立
• 5.3 采摘头模态分析
• 5.3.1 边界约束的确定
• 5.3.2 模态参数求解
• 5.3.3 模态结构评价与分析
• 5.4 采摘头部件优化设计
• 5.4.1 采摘头正交试验
• 5.4.2 BP神经网络模型的建立
• 5.4.3 遗传算法优化
• 5.5 本章小结
• 6 采摘机采收作业振动特性研究
• 6.1 振动采收运动方程的建立
• 6.2 运动方程的求解与分析
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 附录A （攻读学位期间的主要学术成果）
• 致谢