【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于林业机械领域，具体涉及一种核桃树振动采收装置的瞬态动力学数值模拟分析方法。
技术介绍
1、林果采收是林业机械重要的环节，人工采摘的效率低下并且人工成本较高，所以采用机械化采收有利于提高采摘效率，减少人工成本。新疆地区的核桃采收区域面积广，完全依靠人工采收其成本高昂，因此必须应用机械化。采收机械的种类较多，而针对核桃采收机构的模拟研究也有不少，但相关模型都是经过大量简化后的模型，并不能反应核桃树振动采收过程的瞬态过程。先前的模型中，有部分是将树体的模型进行精细的建模，树体不仅包含树干还包括树枝，着重对树上某点的速度和加速度进行分析。缺少整个装置和树体一起分析的模型，还有部分模型是对采收装置进行了精细建模，但缺少树体的详细信息。
2、综上所述，目前仍然缺少将树体和采收装置一起考虑的数值分析模型。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为解决核桃树振动采收装置的优化设计问题，提出一种核桃树振动采收装置的瞬态动力学数值模拟分析方法。
2、本专利技术的技术关键点在于：
3、1、建立了一种核桃树振动采收装置的三维模型，并保留了许多关键的部件，只做了少量的简化。
4、2、该模拟分析方法与实际工况一致，通过对主动轴施加转速，就可以得到树体上任意一点的振幅和加速度随时间变化的曲线。
5、本专利技术为实现上述目的，采取的技术方案如下：
6、一种核桃树振动采收装置，包括电机、激振装置、三角支架、夹持装置、连接杆及电机座；
7、进一步的是，激振装置包括外壳、联轴器及设置在外壳内的钢管、两组偏心片、两个偏心块、一对啮合圆柱齿轮及两个转动轴；两个转动轴分别是主动轴和从动轴；主动轴一端穿出外壳顶面并通过联轴器与电机的输出轴传动连接，主动轴通过一对相互啮合的圆柱齿轮与从动轴连接，主动轴和从动轴上均固定安装有偏心块和一组偏心片，偏心片设置在偏心块顶端且二者可拆卸固定连接，主动轴和从动轴均通过轴承与外壳转动连接，钢管两端与外壳上下内壁固定连接。
8、进一步的是，偏心块为半圆形，偏心块过直径的侧面中部设有凸耳，偏心块过直径中心设有轴孔，轴孔侧壁设有通至凸耳外端面的开口，凸耳上设有垂直于轴孔的通孔，通孔内穿入螺栓，偏心块通过螺栓和螺母与对应的穿过轴孔的转动轴固定连接，偏心块上沿厚度方向设有多个用于固定偏心片的连接孔一。
9、进一步的是，偏心片为半圆形，偏心片过直径的侧面中部设有半圆形凹槽，半圆形凹槽卡装在对应的转动轴上，偏心片上沿厚度方向设有多个与连接孔一一一对应的连接孔二，连接孔一和连接孔二内穿入螺栓，偏心片和偏心块通过螺栓和螺母固定连接。
10、进一步的是，激振装置还包括两个扶手；两个扶手固定安装在外壳的两个相对外侧面上。
11、进一步的是，连接杆包括端座、多个金属挡圈、金属管、进油口及出油口；金属管一端与端座固定连接，端座与激振装置的外壳前侧壁可拆卸固定连接，金属管另一端与夹持装置的支架后端固定连接，多个金属挡圈固定套装在金属管外侧，金属管上设有进油口和出油口。
12、进一步的是，夹持装置包括支架、两个减振垫及液压缸；支架为u形结构，液压缸置于金属管内腔中，液压缸的缸体尾端与金属管可拆卸固定连接，液压缸的缸体前端穿过支架后侧壁并通过锁紧螺母固定连接，液压缸的缸杆与其中一个所述减振垫固定连接，另一个所述减振垫固定在不锈钢支架内的前侧壁上，两个所述减振垫相对设置，两个减振垫之间的空间为夹持口，减振垫的材料为橡胶；液压缸的缸体分别与进油口和出油口相连通。
13、一种瞬态动力学数值模拟分析方法，所述方法包括以下步骤：
14、步骤一：建立三维模型；建立核桃树振动采收装置的三维模型；
15、步骤二：模型简化；将三角支架去除后，利用ansys workbench软件的geometryimport这个选项导入该模型，在进行材料赋予前先将模型简化，并在模型的连接杆的金属管上画一条线，表示钢丝绳；在夹持装置内画一个圆柱体，表示树体；简化后的模型包括：电机、夹持装置、连接杆、电机座、外壳、主动轴、轴承、从动轴、钢丝绳、树体、两个圆柱齿轮、两个偏心块及安装在每个偏心块上面的偏心片；
16、步骤三：材料赋予；在简化模型中共赋予三种材料，即树体材料参数与核桃树一致，夹持装置中与树体相接触的减振垫采用橡胶材料；除树体和减振垫外，其余部件材料采用金属结构钢；
17、步骤四：边界条件与约束施加：将简化模型划分为七个部分，分别是：
18、将夹持装置和连接杆的组合作为一部分，并定义为第一部分；
19、将激振装置的外壳作为一部分，并定义为第二部分；
20、将电机和电机座的组合作为一部分，并定义为第三部分；
21、将主动轴和安装在其上的圆柱齿轮、偏心片和偏心块的组合作为一部分，并定义为第四部分；
22、将从动轴和安装在其上的圆柱齿轮、偏心片，偏心块的组合定义作为一部分，并定义为第五部分；
23、将树体作为一部分，并定义为第六部分；
24、将钢丝绳作为一部分，并定义为第七部分；
25、步骤五：网格划分；对简化模型中的所有部件进行网格划分；
26、步骤六：瞬态计算；由施加在主动轴上的转速实现树体的振动，得到树体上任意一点的加速度和振幅随时间变化的曲线；通过在软件ansys workbench中的solutions插入应力和应变分析，分析的对象为树体上某个网格单元，加速度和振幅的分析中方向选择z轴，因为z轴为激振方向。
27、进一步的是，步骤五中，关键部位网格加密是指对一对相互啮合的圆柱齿轮以及激振装置的外壳进行网格加密。
28、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
29、1、本专利技术中采用的模拟分析方法充分考虑了核桃树振动采收装置的机械结构，能够充分反应采收装置工作的实际情况，使得结果更加准确。
30、2、本专利技术中采用的模拟分析方法考虑了偏心块质量、电机安装位置的影响(这一点体现在模型的简化，模型简化完成之后保留了大部分部件，所以上述的影响因素是可以通过改变三维模型，然后重新导入ansys workbench中进行分析的)。由于本装置采用了电机，所以整个装置的重心和钢丝绳固定的位置可能并不重合，因此，本专利技术的模拟分析方法有利于评估电机的安装位置对树体上某点加速度和位移的影响。
31、3、本专利技术的树体与减振垫采用摩擦接触代替了绑定接触，通过添加不平整的表面来模拟实际的微观缝隙，可以有效的评估不同接触方式对能量传递的影响(步骤四中体现，就是边界条件与约束施加)。
32、4、本专利技术中采用的模拟分析方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核桃树振动采收装置，其特征在于：包括电机(1)、激振装置(2)、三角支架(3)、夹持装置(4)、连接杆(5)及电机座(6)；电机(1)固定安装在电机座(6)上，电机座(6)固定安装在激振装置(2)的外壳(2-2)顶面上，电机(1)的输出轴与激振装置(2)的主动轴(2-6)传动连接，连接杆(5)的金属管(5-3)一端与激振装置(2)的外壳(2-2)前侧面可拆卸固定连接，所述金属管(5-3)另一端与夹持装置(4)固定连接，三角支架(3)与连接杆(5)可拆卸固定连接。
2.根据权利要求1所述的核桃树振动采收装置，其特征在于：激振装置(2)包括外壳(2-2)、联轴器(2-4)及设置在外壳(2-2)内的钢管(2-3)、两组偏心片(2-8)、两个偏心块(2-9)、一对啮合圆柱齿轮(2-12)及两个转动轴；两个转动轴分别是主动轴(2-6)和从动轴(2-11)；主动轴(2-6)一端穿出外壳(2-2)顶面并通过联轴器(2-4)与电机(1)的输出轴传动连接，主动轴(2-6)通过一对相互啮合的圆柱齿轮(2-12)与从动轴(2-11)连接，主动轴(2-6)和从动轴(2-11)上均固定
3.根据权利要求2所述的核桃树振动采收装置，其特征在于：偏心块(2-9)为半圆形，偏心块(2-9)过直径的侧面中部设有凸耳，偏心块(2-9)过直径中心设有轴孔，轴孔侧壁设有通至凸耳外端面的开口，凸耳上设有垂直于轴孔的通孔，通孔内穿入螺栓，偏心块(2-9)通过螺栓和螺母(2-10)与对应的穿过轴孔的转动轴固定连接，偏心块(2-9)上沿厚度方向设有多个用于固定偏心片(2-8)的连接孔一。
4.根据权利要求3所述的核桃树振动采收装置，其特征在于：偏心片(2-8)为半圆形，偏心片(2-8)过直径的侧面中部设有半圆形凹槽，半圆形凹槽卡装在对应的转动轴上，偏心片(2-8)上沿厚度方向设有多个与连接孔一一一对应的连接孔二，连接孔一和连接孔二内穿入螺栓，偏心片(2-8)和偏心块(2-9)通过螺栓和螺母(2-10)固定连接。
5.根据权利要求2所述的核桃树振动采收装置，其特征在于：激振装置(2)还包括两个扶手(2-1)；两个扶手(2-1)固定安装在外壳(2-2)的两个相对外侧面上。
6.根据权利要求2所述的核桃树振动采收装置，其特征在于：连接杆(5)包括端座(5-1)、多个金属挡圈(5-2)、金属管(5-3)、进油口(5-4)及出油口(5-5)；金属管(5-3)一端与端座(5-1)固定连接，端座(5-1)与激振装置(2)的外壳(2-2)前侧壁可拆卸固定连接，金属管(5-3)另一端与夹持装置(4)的支架(4-1)后端固定连接，多个金属挡圈(5-2)固定套装在金属管(5-3)外侧，金属管(5-3)上设有进油口(5-4)和出油口(5-5)。
7.根据权利要求6所述的核桃树振动采收装置，其特征在于：夹持装置(4)包括支架(4-1)、两个减振垫(4-2)及液压缸(4-4)；支架(4-1)为U形结构，液压缸(4-4)置于金属管(5-3)内腔中，液压缸(4-4)的缸体尾端与金属管(5-3)可拆卸固定连接，液压缸(4-4)的缸体前端穿过支架(4-1)后侧壁并通过锁紧螺母(4-3)固定连接，液压缸(4-4)的缸杆与其中一个所述减振垫(4-2)固定连接，另一个所述减振垫(4-2)固定在不锈钢支架(4-1)内的前侧壁上，两个所述减振垫(4-2)相对设置，两个减振垫(4-2)之间的空间为夹持口，减振垫(4-2)的材料为橡胶；液压缸(4-4)的缸体分别与进油口(5-4)和出油口(5-5)相连通。
8.一种瞬态动力学数值模拟分析方法，其特征在于：所述方法是利用权利要求2-7中任一权利要求所述的核桃树振动采收装置实现的，所述方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种瞬态动力学数值模拟分析方法，其特征在于：步骤五中，关键部位网格加密是指对一对相互啮合的圆柱齿轮(2-12)以及激振装置(2)的外壳(2-2)进行网格加密。
...【技术特征摘要】
1.一种核桃树振动采收装置，其特征在于：包括电机(1)、激振装置(2)、三角支架(3)、夹持装置(4)、连接杆(5)及电机座(6)；电机(1)固定安装在电机座(6)上，电机座(6)固定安装在激振装置(2)的外壳(2-2)顶面上，电机(1)的输出轴与激振装置(2)的主动轴(2-6)传动连接，连接杆(5)的金属管(5-3)一端与激振装置(2)的外壳(2-2)前侧面可拆卸固定连接，所述金属管(5-3)另一端与夹持装置(4)固定连接，三角支架(3)与连接杆(5)可拆卸固定连接。
2.根据权利要求1所述的核桃树振动采收装置，其特征在于：激振装置(2)包括外壳(2-2)、联轴器(2-4)及设置在外壳(2-2)内的钢管(2-3)、两组偏心片(2-8)、两个偏心块(2-9)、一对啮合圆柱齿轮(2-12)及两个转动轴；两个转动轴分别是主动轴(2-6)和从动轴(2-11)；主动轴(2-6)一端穿出外壳(2-2)顶面并通过联轴器(2-4)与电机(1)的输出轴传动连接，主动轴(2-6)通过一对相互啮合的圆柱齿轮(2-12)与从动轴(2-11)连接，主动轴(2-6)和从动轴(2-11)上均固定安装有偏心块(2-9)和一组偏心片(2-8)，偏心片(2-8)设置在偏心块(2-9)顶端且二者可拆卸固定连接，主动轴(2-6)和从动轴(2-11)均通过轴承(2-7)与外壳(2-2)转动连接，钢管(2-3)两端与外壳(2-2)上下内壁固定连接。
3.根据权利要求2所述的核桃树振动采收装置，其特征在于：偏心块(2-9)为半圆形，偏心块(2-9)过直径的侧面中部设有凸耳，偏心块(2-9)过直径中心设有轴孔，轴孔侧壁设有通至凸耳外端面的开口，凸耳上设有垂直于轴孔的通孔，通孔内穿入螺栓，偏心块(2-9)通过螺栓和螺母(2-10)与对应的穿过轴孔的转动轴固定连接，偏心块(2-9)上沿厚度方向设有多个用于固定偏心片(2-8)的连接孔一。
4.根据权利要求3所述的核桃树振动采收装置，其特征在于：偏心片(2-8)为半圆形，偏心片(2-8)过直径的侧面中部设有半圆形凹槽，半圆形凹槽卡装在对应的转动轴上，偏心片...
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