冬棗振動收獲機理研究.pdf

1、冬棗為鮮食棗品的一種，具有很高的營養(yǎng)價值，有“百果之王”和“活維生素丸”的美譽，但冬棗收獲是一個耗費勞動力的過程。為實現(xiàn)冬棗的機械收獲，本文對冬棗機械振動收獲機理進行了探索，以實現(xiàn)冬棗的高效率、低損傷的機械收獲。主要研究內(nèi)容與結果包括:
　　(1)采用拉力計測定和高速視頻分析方法研究了果實的脫離力，分析了棗果的振動脫落規(guī)律。結果表明:脆熟期、白熟期及未熟期冬棗的果實與果柄分離力存在顯著性差異，同一成熟度下，果實與果柄分離力顯著小于

2、樹枝與果柄分離力，且分離力隨著成熟度增加而減小，故有望實現(xiàn)選擇性收獲;冬棗果實的主要脫落類型為旋傾型，15 Hz、20 Hz和25 Hz時，旋傾型類型的個數(shù)的比例分別為81％、66％和78％，故機械收獲宜選用連續(xù)式振動設備。
　　(2)旨在減少棗果在收獲、分選及裝箱過程中的損傷，研究了冬棗果實壓縮與跌落特性。采用壓縮試驗和有限元仿真對不同成熟度冬棗在不同壓縮方向下的彈性模量以及接觸應力進行了分析。壓縮試驗結果表明:白熟果實的破裂力

3、大于脆熟果實的破裂力，相同作用力下白熟期果實的壓縮變形要小于脆熟期果實的變形，白熟果實和脆熟果實在橫向壓縮時的計算彈性模量分別為3.53 MPa和3.13 MPa，縱向壓縮時的計算彈性模量分別為4.22 MPa和3.95 MPa。壓縮應力云圖顯示:上接觸面的最大應力大于下接觸面的最大應力，橫向壓縮時，上、下表面的接觸應力呈現(xiàn)對稱分布，白熟果實和脆熟果實破裂時的平均最大應力分別為0.603 MPa和0.523 MPa;縱向壓縮時，分別為0

4、.977 MPa和0.733 MPa。
　　采用壓力傳感器和信號采集器等搭建了棗果跌落特性測試平臺，測試了不同高度和接觸材料下果實的跌落特性。跌落試驗結果表明:高度對冬棗跌落特性影響顯著，隨著跌落高度的增大，棗果的沖擊加速度、沖擊應力和沖擊變形峰值都增大，且棗果的殘余變形也增大，相應的損傷程度也加大。同一成熟度和相同跌落高度下，接觸材料為鋼板時的沖擊應力峰值最大，其次是橡膠板，最小是瓦楞紙板。接觸材料為鋼板、橡膠板和紙板時，白熟果

5、實跌落安全高度分別為0.41 m、0.65 m和0.68 m，脆熟果實跌落安全高度分別為0.37 m、0.50m和0.54 m。
　　(3)為尋找冬棗振動收獲的最佳頻率范圍，采用頻譜分析得出果樹低階固有頻率，前三階固有頻率的頻率范圍為5～25 Hz。在此頻率范圍內(nèi)進行振動試驗，確定樹枝共振頻率范圍為10～20 Hz。最后在共振頻率范圍內(nèi)進行果實脫落率試驗，當頻率為12.5～17.5Hz之間時，脆熟果實脫落率最大。
　　(4)

6、為明確果樹在振動過程中，樹體各個部分的動態(tài)響應及其與激勵大小、頻率的關系，采用田間試驗和振動模擬仿真對果樹振動響應進行了分析。田間實驗采用加速度傳感器監(jiān)測振動過程中樹體各部分的加速度響應，仿真運用ANSYS軟件模擬棗樹振動過程。再將實驗與模擬數(shù)據(jù)進行對比分析，得出激勵與響應的關系以及試驗值和模擬值的關系。結果表明:振動激勵頻率越大加速度值就越大。加速度試驗值大都大于模擬值，平均加速度的試驗值和模擬值有相似的變化趨勢且相關性較好，平均相關