【摘要】：冬棗為鮮食棗品的一種,具有很高的營(yíng)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(guò)程。為實(shí)現(xiàn)冬棗的機(jī)械收獲,本文對(duì)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?jī)?nèi)容與結(jié)果包括:(1)采用拉力計(jì)測(cè)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樹(shù)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(lèi)型為旋傾型,15 Hz、20 Hz和25 Hz時(shí),旋傾型類(lèi)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(guò)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(duì)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(duì)稱(chēng)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0.977 MPa和0.733 MPa。采用壓力傳感器和信號(hào)采集器等搭建了棗果跌落特性測(cè)試平臺(tái),測(cè)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(duì)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、0.50 m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(shù)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(shù)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)為明確果樹(shù)在振動(dòng)過(guò)程中,樹(shù)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(duì)果樹(shù)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(cè)振動(dòng)過(guò)程中樹(shù)體各部分的加速度響應(yīng),仿真運(yùn)用ANSYS軟件模擬棗樹(shù)振動(dòng)過(guò)程。再將實(shí)驗(yàn)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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(shì)且相關(guān)性較好,平均相關(guān)系數(shù)為0.62,而最大加速度的試驗(yàn)值和模擬值相關(guān)性較差,加速度沿著樹(shù)枝的底部到頂部逐漸增大。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S225.93
【圖文】：

圖 1-1 果樹(shù)系統(tǒng)受力分析示意圖hanical analysis of fruit tree system under fo動(dòng)激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，Savary 等（2型在沖擊激勵(lì)下的加速度值，仿真明了同一結(jié)論：激振頻率越高，果樹(shù)

氣力式收獲機(jī)Fig.1-2Airshaker

圖 1-3 撞擊式收獲機(jī)Fig. 1-3 Impacting shaker采收機(jī)理為：采用振動(dòng)夾持頭夾住樹(shù)并使果樹(shù)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定位不同可以分為樹(shù)干式和樹(shù)枝式，其

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本文編號(hào)：2788814