【摘 要】
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林果产业是现代农业的重要组成部分,我国枣品种繁多,其中冬枣是通过红枣嫁接而来的新品种,在我国尤其是北方地区有着广泛的种植。目前国内外在林果采收作业中基本只采用单一激振频率强制激振果树,而实际上果树存在一系列的谐振频率,在谐振频率附近对果树进行激振可激发强烈的振动响应。为了探究适合于北方冬枣树的振动采收方式,本文统计了冬枣及冬枣树的几何参数和物理参数;研究了冬枣树不同位置测点的频谱特性及谐频响应特性
【基金项目】
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十三五国家重点研发计划“农特产品收获技术与装备研发”之子任务“农特产品智能化收获机理研究与新结构研发”（2016YFD0701501）
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林果产业是现代农业的重要组成部分,我国枣品种繁多,其中冬枣是通过红枣嫁接而来的新品种,在我国尤其是北方地区有着广泛的种植。目前国内外在林果采收作业中基本只采用单一激振频率强制激振果树,而实际上果树存在一系列的谐振频率,在谐振频率附近对果树进行激振可激发强烈的振动响应。为了探究适合于北方冬枣树的振动采收方式,本文统计了冬枣及冬枣树的几何参数和物理参数;研究了冬枣树不同位置测点的频谱特性及谐频响应特性;分析了影响果实运动的参数并统计了落果率;研制了基于冬枣树频谱特性和谐频响应规律的扫频控制装置并作了室内试验验证。本文将鲁北地区的冬枣树作为研究对象,试验地址位于山东省德州市禹城市的冬枣园。测定了不同成熟度冬枣几何参数和物理参数,包括冬枣的纵径、横径、质量、体积、密度和果柄结合力,其中果柄结合力白果3.89N,半红果3.41N,全红果1.06N;以及三棵样本树a、b、c的树高、冠宽、主干直径和长度及阻尼比和基频,三棵树的阻尼比分别为0.27,0.19,0.24,基频分别为1.25Hz,2.32Hz,1.78Hz。锤击法测定三棵样本树共80个测点的锤击力信号和加速度响应信号,测点覆盖主干到各级主要侧枝。并计算各个测点的频响函数,分析不同主导枝下所有测点的谐频点分布规律,结果显示:（1）主干共振峰最高处的谐振频率在整棵树多数测点上都有体现;（2）谐振频率的数量与树枝的直径和刚度有关,随着枝干的不断伸展,树枝直径减小,柔性增强,能够激发的谐振频率越来越多;（3）低阶谐振频率（10Hz以下）更容易出现在小树枝和树枝的末端测点上;（4）同一侧枝上不同测点,以及同一测点不同方向上,频响函数曲线变化趋势相似,共振峰数量接近,但其所在频率会有所偏移,偏移范围在5Hz左右。使用单偏心块激振电机激振的方式对三棵样本树部分测点作频率区间11Hz～30Hz的谐频响应分析,计算测点各个频率下的加速度幅值绘制成曲线并与其对应的测点频响函数做对比。结果显示:（1）波峰数量比较一致,波动趋势相似,频响函数波峰最高点处也对应加速度响应的波峰最高点。但在波峰位置上存在一定的差异,存在5Hz左右的偏差,谐频振动响应的波峰位置相对频响函数处于较高频率位置;（2）单一的谐振频率不能激发果树的整体响应。高速摄影仪拍摄三棵样本树冬枣的运动响应并统计不同频率下的落果情况,结果显示:果实运动参数不仅与激振频率有关,也与自身成熟度和所在结果枝的位置和硬度有关,冬枣成熟度越高,所在结果枝硬度越高,其加速度幅值越高;反之亦然。三棵样本树未熟果落果率分别为16.4%,24.7%,11.7%;鲜食果落果率分别为为69.1%,77.3%,68.9%研制了基于单片机原理的扫频控制装置,包括HC6800-EM3单片机和DAC0832数模转换模块两部分。可调节参数包括:振动模式（定频振动模式和扫频振动模式）、初始激振频率、终止激振频率、单频保持时间、持续工作时间、频率变化步长和扫频循环次数。室内试验验证结果表明扫频控制装置运行可靠,接近预期设计要求。
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