【摘 要】
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本文针对油茶产业机械化采摘过程中花苞损伤率大的问题,通过分析国内外林果采摘方式以及国内油茶果采摘机械的作用方式,研究不同品种油茶果结合力和油茶枝条特性,设计了一种扭梳式油茶果采摘装置。通过扭转、梳脱和反向扭转的复合作用方式,在采摘作业时,该执行器可以对油茶果产生多种作用力,以期减小油茶树枝条、花叶的损伤和脱落。在CATIA软件中建立油茶果采摘装置三维模型,阐述了该装置的工作原理并对扭梳式油茶果采摘
【基金项目】
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国家重点研发计划“油茶籽机械化收获关键技术与装备研究（2016YFD0702105）”项目；
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本文针对油茶产业机械化采摘过程中花苞损伤率大的问题,通过分析国内外林果采摘方式以及国内油茶果采摘机械的作用方式,研究不同品种油茶果结合力和油茶枝条特性,设计了一种扭梳式油茶果采摘装置。通过扭转、梳脱和反向扭转的复合作用方式,在采摘作业时,该执行器可以对油茶果产生多种作用力,以期减小油茶树枝条、花叶的损伤和脱落。在CATIA软件中建立油茶果采摘装置三维模型,阐述了该装置的工作原理并对扭梳式油茶果采摘作用原理进行了分析,得出影响油茶果脱落的主要因素,并对关键部件进行了设计以及校核;使用ANSYS软件对丝杠进行静力学分析和模态分析,使用Adams/View对末端执行器与油茶果作用过程进行仿真分析,确定末端执行器作业参数范围;研制物理样机,开展单因素性能采摘试验,得出不同作业参数对采净率和花苞损伤率的影响,再进行正交试验,确定较优参数组合,通过验证试验确定较优组合下的采净率和花苞损伤率。研究结果可为油茶果机械化采摘的进一步研究提供一定参考,具体有以下几点:（1）对不同品种油茶果的结合力和枝条扭转进行测试,得出抗拉力主要集中在10～25N之间、抗剪力主要集中在5～15N之间、抗扭力矩主要集中在0.015～0.030N·m之间,抗扭力矩远小于抗剪力小于抗拉力。不同品种油茶枝条扭转模量在2～7MPa之间,不同品种的油茶枝条弹性段终点集中在25°～40°之间,枝条扭转不能超过50°。（2）根据油茶果结合力特性,以及油茶果和油茶花苞的物理特性差异确定了扭梳式油茶果采摘方案,设计一种扭梳式油茶果采摘装置,在CATIA中建立了三维模型,并对扭梳式油茶果采摘作用原理进行了分析,得出影响油茶果脱落的主要因素为扭梳组件和梳辊转速、转动角及油茶果抗剪力和抗扭力矩、枝条扭转模量。（3）通过Adams/View对末端执行器与油茶果作用过程进行仿真,得出随着扭梳组件和梳辊转速增大,末端执行器对油茶果产生的作用力增大。当扭梳组件转速大于30r/min或者梳辊转速大于50r/min,才能保证油茶果基本都脱落。当扭梳组件与梳辊同时转动且转动方向相反时,梳辊对油茶果产生的作用力远小于梳辊单独转动对油茶果产生的作用力,因此作业时为增加作业效率,保证扭梳组件与梳辊转动方向一致。（4）通过研制的物理样机进行单因素试验,结果表明,在扭梳组件转速为25～35r/min、梳辊转速为75～85r/min、作业时间为8～12s工况下,采摘性能较优,采净率较高,花苞损伤率较低。通过正交试验得出以油茶果采净率作为评价指标时,较优水平分别是扭梳组件转速A3（35r/min）、梳辊转速B3（85r/min）、作业时间C3（12s）,以花苞损伤率作为评价指标时,较优水平分别是扭梳组件转速A1（25r/min）、梳辊转速B2（80r/min）、作业时间C1（8s）。在油茶果采净率加权因子为0.6,花苞损伤率加权因子为0.4时,较优水平分别是扭梳组件转速A3（35r/min）、梳辊转速B3（85r/min）、作业时间C3（12s）,在油茶果采净率加权因子为0.5,花苞损伤率加权因子为0.5时,较优水平分别是扭梳组件转速A3（35r/min）、梳辊转速B3（85r/min）、作业时间C2（10s）,在油茶果采净率加权因子为0.4,花苞损伤率加权因子为0.6时,较优水平分别是扭梳组件转速A1（25r/min）、梳辊转速B2（80r/min）、作业时间C1（8s）。证试验结果表明在扭梳组件转速A3（35r/min）、梳辊转速B3（85r/min）、作业时间C3（12s）的工况下,油茶果采净率平均值为93.37%,花苞损伤率平均值为13.16%。
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