小浆果果树动力学特性及振动采收机理研究

In order to satisfy the small berry crop rapid development to the mechanized request，solve the fruit injury of vibration harvesting. Establishment of motion model of soil- roots, branch, twig , berry-stalk, on the basis of the distribution characteristics of branched, berries, each component dynamic characteristic for assembly, to acquire the whole bush dynamic characteristic, build dynamic model modal synthesis analysis method research of fruit trees. Which explain the relationship between the exciting force of branches and inertia force，bending degree of twigs. According to the whole tree dynamic characteristics simulation analysis of picking operation, explain the relationship between the harvester structure, parameters and berry inertial force, branch exciting force, branch bending stress effects when the flexible working parts multi point impact at blackcurrant bush. In accordance with fruit characteristics of tension strength between berry and stalk, strength of rind and twigs, objective function is found about harvesting efficiency, fruit injury. The working parts of the structure and parameters is optimized. Study for our country's small berry picking machine design and development to lay a solid theoretical foundation, promote the development of small berry picking techniques.

为满足小浆果种植业迅猛发展对机械化采收要求及解决振动采收时果树损伤问题，在建立灌木各子部件土壤-根、主枝、小枝、浆果-果柄动力学模型的基础上，依据小枝、浆果的分布特性，把各子部件的动刚度进行装配综合，获得整株果树的动特性，提出模态综合分析建立果树动力学模型的方法，建立主枝各点激振力与浆果惯性力、小枝弯曲程度等响应计算模型。再根据整株果树的动特性进行采收作业仿真，研究柔性采收工作部件多点撞击主枝时其结构、参数对浆果惯性力、主枝激振力、小枝弯曲应力的影响，采用果粒与果梗间的结合强度、树皮及小枝强度等果树特性来建立振动采收效率、果树损伤等目标函数，优化采收工作部件的结构和参数。研究为适合我国特点的小浆果采收机的设计与开发奠定坚实的理论基础，有效推动我国小浆果采收技术的深入发展。

小浆果由于具有独特的保健营养价值、独特的鲜食风味、优良的加工性能等优点，栽培面积、产量逐年上升。随着经济果园的规模化和产业化发展，依靠人工采收的方式已不能满足生产需要，而机械振动采收可以提高生产效率，降低损伤率，节约人工成本，提高经济效益。本项目以小浆果采收机为研究对象，围绕建立果树动力学模型、振动采收仿真分析等关键过程，为我国在小浆果采收理论的研究及采收机的开发提供基础和技术储备。.在浆果成熟期内对黑加仑、树莓浆果、果树的物理力学特性进行研究，获得浆果、果树的尺寸、质量、悬浮速度等基本物理参数；随着成熟度的增加黑加仑浆果的单位质量抗拉力、抗压极限、刚度和压碎能密度均显著减小，通过控制振动强度，实现分次采收；各品种间树莓果柄抗拉力差异较小，成熟浆果的果柄抗拉力随采收日期的推迟呈逐渐减小的趋势；采用弯曲试验，测试果枝的强度、刚度，获得了果枝各位置的强度极限、弯曲弹性模量等参数及其与位置变化的规律。.采用步进式正弦激励，单点激振多点测量的方法进行果枝的试验模态分析，使用加权最小二乘法，提取果枝的模态参数。在4~30Hz范围内，测试了果枝的固有频率、阻尼比、振型系数、模态质量等参数。.采用二次正交旋转回归组合试验设计的方法，分别建立了黑加仑采收率与振动频率、振幅、激振位置三因素之间关系的数学模型及果枝激振力与三者之间的数学模型，分析了各影响因素对黑加仑采收率及果枝激振力的影响，并进行了参数优化，确定了各影响因素的参数组合为振动频率945→1135rpm、振幅33→25mm、激振位置0.60，此时黑加仑采收率可达95%以上，果枝需要的激振力小于4N，且无果实和果枝的损伤现象。.采用正交旋转回归试验设计方法，分别建立了树莓采收率和采青率与振动频率、振幅、振动位置之间关系的数学回归模型，分析了各影响因素对采收率及果枝激振力的影响，并进行了参数优化，确定了各影响因素的参数组合为：振动频率18Hz、振幅23mm、振动位置0.48，此时浆果采收率和浆果采青率分别为71.0%和15.6%。.根据采收机的大小、效率、机械化程度提出了手持式、便携式、自走式三种机械振动采收模式，分别针对手持式、便携式、自走式采收机进行了整体结构设计，建立采收部件力学模型，并对其进行了动力学仿真分析。根据测试、分析结果，对手持式、自走式采收机进行了样机试制，通过田间试验表明两种采收方案基本可满足生产