基于惯性振动技术的干果振动采收机理研究

The project is concerned above sundry fruit type of trees,such as jujube trees and ginkgo trees.Its object is to improve havesting efficiency and removal rate of fruit. It will be developed to research dinamic transmitted rules of vibration parameters of the vibration system of fruit tree and the conditions of fruit separation. The main research contents include that the data base of characteristics parameter of two types of fruit trees will be established, based on the research structure characteristics of jujube trees and ginkgo trees with various tree growth form and fifurcation type,by application of tying technology. The three-dimensional dinamic model of the vibration system of the fruit tree will be set up with exciting device and fruit tree to be constituted as a inertial vibration system,based on theory of non linear vibration. Based on study on the vibration mode of the tree trunk or main branch and getting the node and the maximum amplitude location of the vibration mode,the optimal exciting position can be obtained.Dinamic transmitted rules of vibration parameters of the trees will be dertermined, based on experimental research for dinamic response of the vibration paramters tranmitting to different level of branched and fruit branches.The fruit dynamic mathematics model will be set up and the conditions of fruit removal will be obtained,on account of vibration response of single jujube or ginkgo to get the inertia energy to overrun the fruit seperation force.

本项目以干果类最具代表性的银杏树为研究对象，以提高果实采收效率和采净率为目标，开展果树振动系统激振参数动态传递规律及果实分离脱落理论研究。主要研究内容包括：利用分型技术，研究具有各种生长态势及各级树枝分叉类型的银杏树的结构特征，建立果树特征参数数据库；以激振装置与果树构成一惯性振动系统，研究果树主干或主枝的模态振型，确定结点位置及最大振型位置，以确定最佳激振位置；根据实验研究激振参数在各级侧枝及果枝上的动态响应，建立果树振动参数动态传递规律；针对单粒银杏对应激振响应后获得的振动能量引起的动力学关系，建立果实动力学数学模型，确定银杏对应振动响应获得最大惯性力的最关键因素。

基于惯性振动技术进行林果机械化采收为最有效的方式，以激振树干或主要侧枝为激振点使果实产生振动响应获得足够的振动能量从而实现分离。本项目以干果类最具代表性的银杏树为研究对象，开展果树振动系统激振参数动态传递规律及果实分离脱落的理论研究。. 针对树木生长态势，建立了树木自由振动和受迫振动的各阶固有频率的数学模型，以及果实在受迫振动下动力学响应模型，同时构建了果实分离脱落需满足的条件方程。创新的提出了树木在自由振动时出现扭转振动情况对应基频的测试方法。. 研究了树冠形状、大小对树木固有基频以及阻尼比的影响，研究表明砍去树冠的光秃秃树干的阻尼比很小而基频较大；树木的基频和阻尼比随生长时期而发生变化，冬天树叶完全落去后，阻尼比非常小，基频则较大；当春夏季树上生长出浓密的树叶后则阻尼比明显增大，而基频则明显降低；当果树挂上果实后，随果实的增加或减少，其基频也会发生相应变化。实际田间果树的基频均较小，采用基频激振引起共振的思想显然是不可行的。. 研究了激振参数在各级侧枝及果枝上的动态响应传递特性，确定了无论何处振动响应的加速度与激振频率均存在二次函数关系，一级侧枝上离分枝点越远加速度响应越大，但存在对应各频率的最大加速度的位置点，接近侧枝末梢处加速度减小；二级侧枝离分枝点越远，加速度越低。. 研究了树木的固有频率特性曲线及基于其特性的振动响应，发现树木上不同位置点的频谱曲线不完全一致，三个垂直交叉方向上的频谱曲线也不完全一致；相同频率点，为某些位置点频谱曲线上的峰点，却为其它位置点曲线上的谷点；果树固有频谱上峰值频率点未必能激起果树较大的振动响应，相反，频谱上的谷点反而能激起果树强烈的振动响应；加速度响应与激振频率之间虽呈现二次方关系，但果树高次谐频才是激发起果树引起强烈振动响应的关键因素。. 研究了果实在激振时引起的振动响应的运动轨迹，具有摆动、跳动、翻转、扭转等不同的表现形式。