加工番茄果秧振动分离机理及振动发生器的研究

Xinjiang is the second largest processing tomato-growing areas of the world after California，and mechanized harvesting is an inevitable trend. Most domestic and international tomato harvester's fruit-seedling separator are based on inertial vibration-produced device which have large impact load and are easily blocked. The project is going to reveal the critical force for the separation of fruit seedlings under vibration condition and the relationship between mechanical damage and influencing factors,such as maturity、separator's vibrational frequencies and the amplitude,etc.,through experimental study of mechanical damage and fruit seedlings separation of the different maturity of tomatos; establishing the theoretical model of the critical force of fruit seedlings separation and the vibration frequency, amplitude, etc.;comprehensively considerating the tomato's natural frequency, the fruit seedlings separation time and separation device structure parameters and other factors;exploring the speed and acceleration variation which the vibration-produced device should provide.Determining the relationship between the vibration-produced device's angular displacement and time、the distribution plan of the transmission vice's transmission ratio and structure parameters.Then,designing the vibration-produced device based on non-circular gear planetary gear train,producing the prototype and carrying out the research on experiment. This study will lay the foundation for solving the problem ，that have large impact load and are easily blocked,which most domestic and international tomato harvester have,and make a great significance of promoting the development of tomato harvester's core technologies with independent intellectual property rights.Also provide some reference for other dates and so on crop harvesting machinery.

新疆是继美国加州后全球第二大加工番茄种植区，机械化采收是必然趋势。国内外现有番茄收获机的果秧分离装置大多采用惯性振动发生器，冲击载荷大、易堵塞。本项目通过对不同成熟度番茄的机械损伤及果秧分离的实验研究，揭示振动条件下果秧分离的临界力及机械损伤与成熟度、分离机构的振动频率、振幅等影响因素的相关性；建立振动频率、振幅等分离影响因素与果秧分离临界力的理论模型，综合考虑番茄固有频率、果秧分离时间和分离装置的结构参数等因素，探究振动发生器应提供的速度、加速度变化规律；确定振动发生器角位移随时间变化的规律、各传动副传动比分配方案及结构参数，设计非圆齿轮行星轮系振动发生器，试制原理样机，开展试验研究。本研究将为解决国内外番茄收获机振动大、易堵塞的技术难题奠定基础，对促进具有自主知识产权的番茄收获机核心技术发展具有重要意义，同时也可为红枣等其它作物收获机械的研究提供一定的借鉴。

新疆是全球第二大加工番茄种植区，由于番茄成熟期主要集中在7月下旬到9月中旬，且人工采收方式存在劳动强度大、生产效率低等问题，所以加工番茄机械化采收是必然趋势。国内外现有番茄收获机的果秧分离装置存在冲击载荷大、易堵塞的问题。针对以上问题，本项目研究了番茄果秧分离机理及果实损伤率，采用非圆齿轮行星轮系替代惯性振动原理的振动发生器，改善了加工番茄收获机的使用性能，为番茄收获机的国产化奠定了技术基础，同时也为红枣等其他农作物收获机械的研究提供一定的借鉴。.本项目通过对不同成熟度番茄果秧分离的试验研究，借助CCD设计与响应曲面分析得到了振动条件下果秧分离的临界分离条件为加速度分布在80～180m/s2之间；设计搭建了基于双偏心块式加工番茄果秧分离试验台并进行试验，确定了最优分离参数组合为：收获生产率34.2 t/h、摇摆器转速为409.3 r/min、输料链速为0.71 m/s。.在物料特性研究的基础上分析加工番茄果秧分离机理，搭建双偏心块式加工番茄果秧分离试验台并在其最优分离参数组合下进行试验，利用CPL-MS70K型高速摄像系统分析得到分离滚筒的角位移、角速度变化规律，从而确定振动发生器的分离曲线；利用MATLAB非线性回归方法进行分段拟合，确定较优振动分离曲线的拟合函数，为分离装置的设计提供理论依据。.确定非圆齿轮行星轮系结构类型，通过MATLAB得到非圆轮系节曲线方程并验证了其封闭性；利用齿廓法线法设计了非圆齿轮齿廓，从而确定了单组非圆轮系振动发生器模型，通过ADAMS仿真分析验证了其完全满足果秧分离要求；设计三组非圆行星轮系振动发生器，搭建了三组非圆轮系振动发生器果秧分离试验台，通过高速摄像系统分析获得三组非圆轮系振动发生器的实测角位移、角速度曲线，并对单组非圆行星轮系和三组非圆行星轮系齿面接触力大小进行对比，结果表明：三组非圆行星轮系振动发生器的角位移、角速度曲线完全满足果秧分离要求，且三组非圆轮系振动发生器的载荷比单组非圆轮系的更均衡。.