摘 要

现有的偏心式振动试验设备存在激振力不足、响应与输入关系不明确等弊端，激振力不足，当振动频率较小时，电机转速较小，振动装置所能获得的转矩往往不足以使果树达到理想的振动效果。本文设计了对心曲柄连杆式的振动试验台并解决转矩不足的问题。首先，对林果振动采收机理及室内采收试验台的国内外研究现状进行介绍，国外研究较早，已有的研究成果较多，而国内在这方面的研究起步相对较滞后。接着，基于多振频、多振幅的基本设计，对各种类型的振动机构的结构进行比较分析，确定曲柄滑块振动试验台的组成部分，并介绍了本振动试验台的动力装置的选择、动力传输装置的参数计算、曲柄导杆机构及树体夹持装置等的设计。最后应用ANSYS软件对设计的整体试验台进行静力学仿真和模态仿真，通过分析仿真的结果对试验台进行结构和参数的优化设计，直至满足实验要求，使得振动试验台在满足强度的前提下经济实用性更好。

关键词：振动试验台；曲柄连杆式；ANSYS仿真；结构优化

Summary for Design of Crank Connecting Rod Type Vibration Test Bench

ABSTRACT

The existing eccentric vibration test equipment has some abuses, such as vibration force deficiencies，unclear relationship between response and input, in addition, when the vibration frequency is rather small, using the existing laboratory equipment for vibration test, the motor speed is so small that torque of vibration device is often insufficient to receive the desired vibration of the fruit tree. Therefore, it is particularly important to study the vibration test bench with center crank and connecting rod and solve the problem of insufficient torque to avoid such disadvantages and improve the indoor vibration test equipment. This paper first introduced the research status of vibration harvesting mechanism of forest fruit and indoor harvesting test bench at home and abroad. The foreign research is earlier, the existing research achievements are more, but the domestic research in this aspect starts relatively lag. Then the selection of power device, the parameter calculation of power transmission device, the design of crank guide rod mechanism and tree clamp device are explained. Finally, ANSYS statics and modal simulation are carried out for the designed overall test bed. Based on the simulation results, the optimal design of the test bed is carried out to achieve the characteristics of good economy under the premise of meeting the experimental requirements.

Key words：Vibration test bench；Crank connecting rod type；ANSYS simulation；Structure optimization

目 录

1绪论………………………………………………………………………………………1

1.1 研究目的与意义……………………………………………………………………1

1.2 国内外研究现状…………………………………………………………………………1

1.2.1 国外振动采收机理研究概况…………………………………………………2

1.2.2 国内振动采收机理研究概况…………………………………………………3

1.2.3 振动试验台研究与发展概况…………………………………………………4

1.3 研究的主要内容 …………………………………………………………………………………7

1.4 本章小结 …………………………………………………………………………………………7

2振动试验台的总体设计………………………………………………………………………………9

2.1 总体结构设计及参数要求……………………………………………………………………9

2.2 动力装置的选择…………………………………………………………………………………10

2.2.1 电机的参数计算………………………………………………………………………10

2.3 动力传输装置的结构设计…………………………………………………………………12

2.3.1 传输装置的运动、动力参数的计算………………………………………………12

2.3.2 V带轮及V带设计…………………………………………………………………14

2.3.3 减速器内传动的设计………………………………………………………………17

2.3.4 滑移齿轮的设计…………………………………………………………………38

2.4 曲柄连杆振动装置的结构设计……………………………………………………………38

2.5 树体夹持装置的结构设计…………………………………………………………………43

2.5.1 树体振摇处夹持装置的结构设计…………………………………………………43

2.5.2 树体底部夹持装置的机构设计……………………………………………………44

2.6振动试验台的总体装配图…………………………………………………………………44

3振动试验台的结构优化设计………………………………………………………………………46

3.1 静力学仿真分析……………………………………………………………………………47

3.1.1 基于ANSYS的激振装置静力学仿真分析…………………………………………47

3.1.2 基于静力学仿真结果的优化设计…………………………………………………49

3.2 模态仿真分析…………………………………………………………………………50

3.2.1 基于ANSYS的台架模态仿真分析………………………………………………51

3.2.2 基于模态仿真结果的优化设计……………………………………………………53

结论…………………………………………………………………………………………………55

致谢………………………………………………………………………………………………………56

参考文献………………………………………………………………………………………………57

1 绪论

1.1 研究目的与意义

我国是林业大国，林果业是林业的重要组成部分，而林果采收作业是林果生产过程中极为重要的一个环节。目前，我国的林果采收方式还以传统的人工采摘为主，其消耗大量的劳动力并需要工人花费大量的劳动时间，这就造成了成本过高且由于长时间的采收产生了对接下来林果的运输、贩卖的不良影响^[1]。对比我国的人工式的林果采收方式，国外大都采用了机械作业的方式进行采收林果。机械采收的采收效率高，投入的劳动力少，这就极大地节约了生产成本。基于振动采收技术的林果机械式采收方式是林果采收最有效的采收方法，由于我国在振动采收机械方面的研究起步较晚，对振动采收机理的认识还不够成熟，因此我国的机械化振动采收技术仍然存在着多方面的不足^[2]。

基于这一现状，国内学者进行了大量的室内和田间实验研究，其研究的主要方向针对林果振动采收机理，这对于林果振动采收机械的发展具有十分重要的意义。然而，现阶段部分室内振动实验采用的是偏心式振动试验台，但偏心式振动实验的设备存在激振力不足、激振频率测试装置不准确和响应与输入关系不明确等弊端，特别是在低频振动时，偏心电机转速较小，振动装置所能产生的偏心力往往不足以激励果树达到理想的振动效果。因此研究对心曲柄连杆式的振动试验台可改善室内实验台装置，有效避免上述激振力不足的弊端，有利于更好地研究机械式振动的采收机理，发展基于振动采收机理的林果采收技术。

1.2 国内外研究现状