藍(lán)莓植株多自由度系統(tǒng)振動(dòng)建模及仿真研究.pdf

1、藍(lán)莓由于其卓越的保健與藥用價(jià)值近來備受推崇，被美國農(nóng)業(yè)專家預(yù)測為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ墓麡錁浞N，其營養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)高于蘋果、葡萄、橘子等水果，被稱為“世界水果之王”，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)確定為人類21世紀(jì)健康食品。栽培藍(lán)莓的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，擴(kuò)大種植面積是一種必然趨勢，但由于我國完全依靠人工采摘，而且藍(lán)莓成熟期短，采摘?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大、效率低，常因無法及時(shí)收獲造成浪費(fèi)，藍(lán)莓種植規(guī)模和種植面積亦受到限制。發(fā)展藍(lán)莓機(jī)械采摘，成為我國藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)的迫切

2、需求和必然趨勢。
　　為研制藍(lán)莓采摘機(jī)械，需要計(jì)算采摘激振力，研究產(chǎn)生采摘激振力的采摘裝置以及采摘裝置作用下的植株振動(dòng)規(guī)律，探索并完善藍(lán)莓采摘振動(dòng)理論。首先分析藍(lán)莓植株生長規(guī)律和修剪后藍(lán)莓植株生長結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)建立藍(lán)莓植株物理模型，在絕對坐標(biāo)系和各分支坐標(biāo)系下建立藍(lán)莓植株數(shù)學(xué)模型。
　　以藍(lán)莓植株數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，采用線性多自由度振動(dòng)理論建立藍(lán)莓植株多自由度振動(dòng)模型，尋求合適的本征函數(shù)求解多自由度系統(tǒng)振動(dòng)模型各階固有頻率對應(yīng)

3、的主振型，通過對振動(dòng)模型正交變換、正則變換，利用杜哈梅積分求解得到點(diǎn)作用階躍激振力和點(diǎn)作用非周期激振力作用下的藍(lán)莓植株多自由度振動(dòng)模型各階固有頻率對應(yīng)的正則模態(tài)響應(yīng)積分式，完成對藍(lán)莓植株多自由度振動(dòng)模型的解算。
　　分析不同類型激振力作用下的藍(lán)莓植株振動(dòng)形態(tài)，對振動(dòng)形態(tài)分類并分別建立振動(dòng)方程，利用藍(lán)莓植株振動(dòng)正則模態(tài)響應(yīng)積分式求解振動(dòng)方程，得到藍(lán)莓植株各級分枝振動(dòng)輸出響應(yīng)，為求解藍(lán)莓果實(shí)采摘振動(dòng)力奠定基礎(chǔ)。
　　根據(jù)點(diǎn)作用瞬

4、態(tài)激振力和點(diǎn)作用周期激振力作用于藍(lán)莓植株時(shí)藍(lán)莓果實(shí)的振動(dòng)形態(tài)，利用各分枝坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣和藍(lán)莓植株各級分枝振動(dòng)響應(yīng)求解長有藍(lán)莓果實(shí)的末枝相對于地面的振動(dòng)輸出響應(yīng);利用拉格朗日方程建立藍(lán)莓果實(shí)振動(dòng)方程，求解藍(lán)莓果實(shí)相對于末枝的振動(dòng)輸出響應(yīng)，進(jìn)而得到藍(lán)莓果實(shí)相對于地面的振動(dòng)輸出響應(yīng)。通過對藍(lán)莓果實(shí)受力分析，求解點(diǎn)作用瞬態(tài)激振力和點(diǎn)作用周期激振力作用于藍(lán)莓植株時(shí)對藍(lán)莓果實(shí)產(chǎn)生的采摘振動(dòng)力。
　　分析采摘裝置工作原理，利用“給定行程速比法”和

5、“圖解法”優(yōu)化設(shè)計(jì)采摘裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析;對采摘裝置末端執(zhí)行元件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)并選擇采摘裝置驅(qū)動(dòng)元件，計(jì)算采摘機(jī)工作時(shí)采摘裝置輸出的采摘激振力大小。分析采摘裝置與藍(lán)莓植株相互作用過程，通過采摘裝置與藍(lán)莓植株坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，求解得到二者相互作用時(shí)在藍(lán)莓植株各分枝作用點(diǎn)形成的采摘激振力，根據(jù)采摘激振力求解采摘裝置作用于藍(lán)莓植株時(shí)對藍(lán)莓果實(shí)產(chǎn)生的采摘振動(dòng)力。
　　利用“正交試驗(yàn)法”設(shè)計(jì)采摘裝置工作參數(shù)組合，