冬棗振動(dòng)收獲機(jī)理研究.pdf

1、冬棗為鮮食棗品的一種，具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，有“百果之王”和“活維生素丸”的美譽(yù)，但冬棗收獲是一個(gè)耗費(fèi)勞動(dòng)力的過程。為實(shí)現(xiàn)冬棗的機(jī)械收獲，本文對冬棗機(jī)械振動(dòng)收獲機(jī)理進(jìn)行了探索，以實(shí)現(xiàn)冬棗的高效率、低損傷的機(jī)械收獲。主要研究內(nèi)容與結(jié)果包括:
　　(1)采用拉力計(jì)測定和高速視頻分析方法研究了果實(shí)的脫離力，分析了棗果的振動(dòng)脫落規(guī)律。結(jié)果表明:脆熟期、白熟期及未熟期冬棗的果實(shí)與果柄分離力存在顯著性差異，同一成熟度下，果實(shí)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(shí)現(xiàn)選擇性收獲;冬棗果實(shí)的主要脫落類型為旋傾型，15 Hz、20 Hz和25 Hz時(shí)，旋傾型類型的個(gè)數(shù)的比例分別為81％、66％和78％，故機(jī)械收獲宜選用連續(xù)式振動(dòng)設(shè)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(shí)壓縮與跌落特性。采用壓縮試驗(yàn)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(yīng)力進(jìn)行了分析。壓縮試驗(yàn)結(jié)果表明:白熟果實(shí)的破裂力

3、大于脆熟果實(shí)的破裂力，相同作用力下白熟期果實(shí)的壓縮變形要小于脆熟期果實(shí)的變形，白熟果實(shí)和脆熟果實(shí)在橫向壓縮時(shí)的計(jì)算彈性模量分別為3.53 MPa和3.13 MPa，縱向壓縮時(shí)的計(jì)算彈性模量分別為4.22 MPa和3.95 MPa。壓縮應(yīng)力云圖顯示:上接觸面的最大應(yīng)力大于下接觸面的最大應(yīng)力，橫向壓縮時(shí)，上、下表面的接觸應(yīng)力呈現(xiàn)對稱分布，白熟果實(shí)和脆熟果實(shí)破裂時(shí)的平均最大應(yīng)力分別為0.603 MPa和0.523 MPa;縱向壓縮時(shí)，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(shí)的跌落特性。跌落試驗(yàn)結(jié)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(yīng)力和沖擊變形峰值都增大，且棗果的殘余變形也增大，相應(yīng)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(shí)的沖擊應(yīng)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(shí)，白熟果

5、實(shí)跌落安全高度分別為0.41 m、0.65 m和0.68 m，脆熟果實(shí)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(dòng)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(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，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(jìn)行果實(shí)脫落率試驗(yàn)，當(dāng)頻率為12.5～17.5Hz之間時(shí)，脆熟果實(shí)脫落率最大。
　　(4)

6、為明確果樹在振動(dòng)過程中，樹體各個(gè)部分的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及其與激勵(lì)大小、頻率的關(guān)系，采用田間試驗(yàn)和振動(dòng)模擬仿真對果樹振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了分析。田間實(shí)驗(yàn)采用加速度傳感器監(jiān)測振動(dòng)過程中樹體各部分的加速度響應(yīng)，仿真運(yùn)用ANSYS軟件模擬棗樹振動(dòng)過程。再將實(shí)驗(yàn)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出激勵(lì)與響應(yīng)的關(guān)系以及試驗(yàn)值和模擬值的關(guān)系。結(jié)果表明:振動(dòng)激勵(lì)頻率越大加速度值就越大。加速度試驗(yàn)值大都大于模擬值，平均加速度的試驗(yàn)值和模擬值有相似的變化趨勢且相關(guān)性較好，平均相關(guān)