林业科学

作者：王海滨1,初存1,李耀翔1,*,刘广达2

单位：1. 东北林业大学机电工程学院　哈尔滨 1500402. 辽东学院　丹东 118003

关键词：便携式,蓝莓,采摘机,机械结构,刚柔耦合,仿真

基金：哈尔滨市制造业科技创新人才项目（CXRC20231115883）；中央高校项目“灌木自动打捆成型机研制”（2572022DP01）。

目的: 研制一款针对山地种植、小规模经营散户的手持便携式蓝莓采摘机，通过刚柔耦合动力学仿真与蓝莓采摘田间试验分析不同工况下采摘机的工作性能，解决人工采摘蓝莓采摘效率低、劳动强度大、果实损伤率高等问题，为蓝莓机械采摘装置的结构设计提供理论参考。方法: 基于采摘机的整机结构和工作原理，对采摘装置进行力学分析，对关键零部件进行有限元分析，分析采摘装置与蓝莓植株相互作用过程中的采摘振动机理。根据蓝莓采摘作业要求，应用Hypermesh、Ansys软件将采摘机关键零部件与蓝莓植株三维模型转换为柔性体，在Adams中建立采摘装置与蓝莓植株的刚柔耦合力学仿真模型，设置蓝莓果实在植株上的分布位置。通过蓝莓采摘仿真试验分析行程速比系数K、手电钻转速n和卡箍夹紧位置对系统动力学性能以及植株不同位置果实采摘力的影响，采用有限元仿真分析采摘机关键零部件的结构强度。以仿真因素为试验变量，利用自行研制的便携式采摘机开展预采试验和机器工作参数试验，以采摘效率、成熟果实采净率、生果脱落率和果实破损率为评价指标，分析机器的采摘性能，得到机器的最优工作参数组合。结果: 1） 动力学仿真结果表明，采摘传动装置行程速比系数K过低时，采摘机构易卡顿；行程速比系数K过高时，机构运动剧烈、铰接部位磨损严重。当行程速比系数K=1.3、手电钻转速n=180 r·min?1时转矩峰值最大$ {M_{\Sigma O}}(t) $=3.0 N·m，小于手电钻的额定转矩4.0 N·m，满足使用要求。2） 有限元分析结果表明，采摘装置关键零部件的最大正应力为196 MPa，小于材料屈服极限355 MPa，满足使用条件。3） 刚柔耦合仿真、预采试验和机器工作参数试验结果共同表明，机器卡箍最佳夹紧位置为植株主干距根部1/3~2/3处，机器工作的最佳行程速比系数K=1.3，手电钻最佳工作转速n=180 r·min?1。4） 最优工作参数组合下，机器的采摘效率为0.29 kg·min?1、成熟果实采净率为91.4%、生果脱落率为5.9%、果实破损率为4.8%，机器采摘效率是人工采摘效率的5.08倍。结论: 研制的手持便携式蓝莓采摘机满足蓝莓采摘作业的工作要求，适于采摘中高丛蓝莓植株，研究成果可为小型浆果采摘机设计提供技术参考和理论支持。

来源：2025年第10期

《林业科学》期刊编辑部

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