不同振动特性参数对杏树振动响应的影响

为研究振动时间、振动频率和振动激励点振幅等不同振动特性参数对杏树振动的影响,该文利用ANSYS软件对杏树进行了有限元建模分析;通过三因素三水平试验分析不同振动特性参数对杏树振动检测点的影响,利用Design Expert软件进行优化分析,并进行实验室验证试验。杏树自由模态振动响应分析表明最佳杏树振动采收响应频率范围为0～20 Hz;谐振动响应分析可知在最佳频率范围内,杏树振动激励点振幅为5、10和15 mm时,同一频率下,随着激励振幅的增大,相同位置加速度增大,但振动曲线整体变化规律和趋势一致。试验分析可知,各因素影响检测点1和2加速度的强弱顺序一致:激励点振幅振动频率振动时间;各因素影响检测点3加速度的强弱顺序为:振动时间激励点振幅振动频率;建立3个检测点的响应方程,由下至上3个检测点的回归方程决定系数分别为0.906 7、0.879 3和0.973 3;多目标参数优化结果为:振动时间7.207 s,振动频率15 Hz,激振点振幅10 mm,通过验证试验可知由下至上各检测点加速度为10.4g、10.2g和9.3 g,与优化值相近。该研究可为杏振动采收机械参数设计提供参考。     

枸杞振动采收机理分析与试验

为深入研究枸杞振动采收机理,该文基于果-蒂分离条件及枸杞枝条间的动态传递特性进行试验研究分析,获得枸杞振动采收条件。利用振动分离试验台进行结果枝果-蒂振动分离试验,探寻最优采摘效果的振动参数组合,即激振频率18.22 Hz、激振振幅7.87 mm和枝条通过装置的行进速度20.93 mm/s,分析该组合参数下结果枝的加速度响应,获得枸杞果-蒂分离条件。在田间采用高速摄像系统对枸杞枝条间的振动传递情况进行跟踪拍摄,并用高速运动分析软件Pro Analyst对枸杞枝条的动态响应进行分析,获得枸杞三级枝和结果枝(四级枝)的加速度响应关系。对试验结果进行分析,获得了不同激振情况下枸杞振动采收所需加速度,即当所有结果枝被直接激振时,被激振处的加速度需要达到518.38~551.06 m/s~2,结果枝末端加速度需要达到347.64~390.56 m/s~2;当存在结果枝未被直接激振,而三级枝全部被直接激振时,三级枝被激振处加速度需要达到1 738.20~1 952.80 m/s~2。该文研究结果可为枸杞机械化采收提供参考。     

基于有限元方法的整形果树振动收获机理分析

为提升振动式采收机械的设计效率,该文在分析常见振动收获机工作机理的基础上,建立了3种典型整形果树实体模型,利用有限元方法得到其在1~50 Hz低频范围内的固有频率和模态振型,并进行了振动响应特性仿真试验。结果表明,整形果树固有频率和模态振型受果树形态影响较大,3种典型整形果树的低阶固有频率主要集中在7~11阶范围,分别在13.5、12.0和7.5 Hz时振动响应最为剧烈,且一致性较好;同时,不同加载方式对于整形果树振动响应特性具有较大影响,其中双体多向加载较为适合于纺锤形果树,而单体回旋型加载则更适合于自然开心型和直立平面形果树。该方法可为不同类型整形果树振动式收获机械的设计提供参考。     

机械采收作业中银杏树频谱特性与振动响应关系研究

机械采收是林果收获最有效的方法,在受迫振动下果实的掉落不仅受到激振振幅、频率和持续时间的影响,还与果树自身的生长形态和固有频谱特性有关.为了研究银杏树的频谱特性与振动响应之间的关系以及振动响应在不同方向上的差异性,该文在室内冲击激振下测试了一棵Y型银杏树不同方向的频谱特性.然后,通过频谱曲线中峰值点和谷值点所在的频率对果树树干进行简谐激振获得空间加速度响应.结果显示频谱特性与振动响应之间存在一定的对应关系,基频以及10.00Hz以下的激振频率无法激发起很大的振动响应.共振频率能够引起极大的振动响应,但是加速度幅值在低频下较小并且随着激振频率的增加而增大.当频率高于25.00Hz时并不能再次引起较强的加速度响应,样品树的最佳激振频率为23.75Hz.在同一个测试位置,3个方向的振动响应呈现出相似的特性但振幅不同.随着测试位置逐渐远离激振点,沿着果树生长方向的加速度幅值显著增加,并且该方向是振动响应传递过程的主导方向.结果表明在机械采收林果时,可以首先测试果树的频谱来获得共振频率,然后在特定的共振频率下对果树进行激振来获得较强的振动响应,更高的激振频率并不一定引起更强烈的振动响应.同一个测试位置不同方向之间存在差异性,不同位置的果实可以被不同方向的惯性力移除.     

振动收获过程中杏果实脱落的动态响应

为研究杏果实脱落不同阶段内的瞬时响应状态与运动状态,该文建立了杏果实-果枝双摆动力学模型,利用双机位高速摄像仪记录果实受迫振动并发生脱落全过程。理论分析与试验表明:杏果实-果枝双摆系统在振动过程中主要表现为果枝摆动、果枝扭转和果实倾摆3种运动状态,果实在空间运动的轨迹接近椭圆形。使用PCC 3.1高速视频控制分析软件获得杏果实在不同平面内相对静止原点的速度、脱落前瞬时速度和加速度数据。试验中不同平面内果实振动脱落速度变化分为3个阶段,通过MATLAB对不同平面内果实相对于静止原点的速度进行傅里叶拟合,得到整体及各阶段速度拟合曲线及相应函数,同时推导出具有完整周期的前2个阶段的速度函数周期与振幅间的关系。通过对比杏果实-果枝实际连接力,分析果实振动脱落特性,为优化杏振动收获机设计参数、提高果实采收率提供理论依据。     

模拟运输振动对新疆杏呼吸途径和品质的影响

通过建立与实际冷藏运输相近的三轴向模拟运输振动条件和温度条件,比较振动果实与静置果实不同途径呼吸速率及品质因子的差异和关联,探知运输振动诱导鲜杏品质劣变的可能途径。以七成熟的小白杏为材料,3℃环境使用振动平台模拟与冷藏车实际运输过程三轴向振动强度重叠率57.60%~67.75%的模拟条件处理果实。观测3 d模拟运输和冷藏货架期间,果实不同途径呼吸速率、硬度、可溶性固形物含量、表面色值与等温条件静置下果实的差异。与静置鲜杏相比,模拟运输鲜杏总呼吸峰提前8 d、峰值提高3.26倍,三羧酸循环途径(tricarboxylic acid cycle)呼吸峰提前3 d、峰值提高1.22倍,糖酵解途径(Embden-Meyerhof-Parnas)和细胞色素途径(cytochrome pathway)的呼吸速率提高4.62倍和9.64倍,磷酸戊糖途径(phosphopentose pathway)呼吸峰提前9d。振动果实硬度偏低13.18%~19.34%,可溶性固形物含量偏高12.26%~27.15%,色彩饱和度相对增加7.09倍~11.49倍,果色转黄3.82。模拟运输振动果实的呼吸主路径由三羧酸循环途径转换为糖酵解途径,电子传递主链由交替途径(alternative pathway)转换为细胞色素途径(cytochrome pathway),加快了冷藏鲜杏的后熟劣变。研究结果为鲜杏冷链物流品质调控技术的研发提供参考。     

三维激振果品采收机构优化设计与试验

振动式采收因其能够快速有效地使果品脱落而成为目前常用的果品采收机构,但其采收效率仍然不高.本文提出通过三维激振载荷对果树同时施加沿树枝径向和轴向的激振作用,利用ANSYS建立果树模型,分析比较了一维、二维和三维激振载荷下果树上各点的加速度响应.根据三维激振位移载荷的生成方法及其果树动力学仿真结果,设计了三维激振采收机构,并基于遗传算法对该机构尺寸进行优化,以达到最大的输出加速度目标.最后加工了三维激振果品采收机构样机,并开展田间果树加速度响应试验,结果显示三维激振果品采收机构与偏心振动电机对果树激振的平均加速度变异系数分别为0.67和0.72,表明用三维激振采收方式能使果树各分支加速度分布更均匀,从而减少逐个树枝激振的次数,提高采收效率.     

断梗激励下葡萄果粒的振动脱落特性与试验

针对夹剪式鲜食葡萄采摘中的断梗振动激励引起的果粒脱落问题,对断梗激励下鲜食葡萄的振动脱落特性与动态响应进行研究.首先建立葡萄果实-分梗动力学模型,推导果实脱落的理论角速度,分析果实-果梗摆动脱落的临界分离条件.然后利用ABAQUS软件分析单颗粒葡萄在断梗激振下的动态响应与摆动趋势,探索在无挤压状态下果实形变过程,从而预...     

振动频率对压实黄土动强度特性的影响

利用动扭剪三轴仪对压实黄土进行了不同振动频率下的试验研究,分析了振动频率f对压实黄土的动强度和动强度参数的影响规律.研究表明,在一定围压下,压实黄土动强度均随振动频率f的升高而增大,与振动频率呈正相关关系;在试样振动频率确定的情况下,压实黄土的动强度随围压的增加而增大;压实黄土的动黏聚力cd和动内摩擦角ψd均随着频率的增大而升高;动强度参数中cd和ψd随振次的增加均呈减小并最终趋于稳定的趋势.     

光振耦合对蝗虫趋光响应驱动增效效应的影响及测定

依据蝗虫趋光机理和振动惊吓蝗虫反应特性,利用LED光源、振动激发设备和蝗虫行为试验装置,进行了蝗虫对光振耦合和光谱光照趋光响应的对比测定。结果显示:光谱光照和振动的耦合效应对蝗虫趋光产生了推拉驱动激发效果,振动刺激驱动增效了蝗虫趋光响应的程度,并增益了蝗虫趋光响应的实现,而光谱光照决定了蝗虫的趋光诱导效果;光谱光照和振动刺激蝗虫不同感受器引发蝗虫神经生理敏感反应的差别,导致振动频率50Hz、振动400ms而间歇停止1s、较高激振力的循环振动模式与紫光耦合激发蝗虫趋光响应强度和增效程度较佳;光振耦合效应激发蝗虫,会导致蝗虫产生有利于趋光的生理效应,且光振能量越强,对蝗虫趋光生理反应的初始激发效应也越强;蝗虫对光振刺激敏感反应点的差异性、光振传播的衰减性、蝗虫对光振刺激的敏感选择调谐性等,影响光振耦合对蝗虫趋光激发的增效程度。因此,在蝗虫趋光有效的光照范围内,通过利用振动惊吓蝗虫反应的强度门限值与振动激发蝗虫趋光最佳的调控模式的组合,来实施逐步移动逼近式的调控性振动激发,可满足振动激发蝗虫趋光增效的技术需求,进而为蝗虫光电诱导物理捕集设备的研制和实施提供了技术支撑。     

高含砾土壤中保水剂对杏树蒸腾及果实品质的影响(简报)

高含砾土壤保水能力差,保水剂的应用为其节水措施提供了一条重要的途径,该文通过施用保水剂后其土壤水分、蒸腾和杏树果实产量品质的变化,分析杏树水分利用特征,为提高该种土壤水分利用效率,进而制定高效、合理的节水措施提供理论依据。该试验采用热扩散法边材液流探针（TDP）对昌平北流果园试验地15 a生杏树液流进行连续监测。结果表明：保水剂对土壤水分及杏树蒸腾影响明显,特别是在2个干旱阶段土壤水分与蒸腾都呈显著提高。在试验期间保水剂（每株200 g）处理平均土壤质量含水率相对于未施保水剂处理约提高了21.53%,平均日蒸腾量提高了20.62%。同时施用每株200 g保水剂处理相对于其他处理单果质量与果实维生素C含量明显提高,可见施用保水剂后对于提高水分利用效率、果实品质有明显的效果,是解决高含砾土壤中水分利用率低的有效途径。     

用于振动采收的有果有叶果树振动模型构建

现有的果树振动有限元模型仅对果树的枝杆部分进行重建,忽略了果树的果实与树叶对果树固有频率的影响。该研究提出了一种将激光扫描技术与有限元法相结合,用空间6自由度梁单元构建果树空间振动模型。基于研究果实和树叶在树枝上的位置和质量分布规律,构建果树有果有叶、无果有叶、无果无叶振动模型。并对一棵小型实体银杏树分别处于有果有叶、无果有叶和无果无叶3种状态的频谱特性进行测试,并与构建的理论振动模型计算的各阶固有频率进行比对分析。结果表明,计算固有频率数量要多于实测所体现出来的固有频率数量,但实测固有频率均可在仿真频率中找到十分相近的值,且仿真模型的果树各枝振型幅值与实测的各枝加速度响应幅值相互的对应关系基本吻合;计算模型的最大相对误差为5.76%。该研究所述建模方法能够较准确有效地获取果树固有频率。     

基于电子果实技术的机械振动采收过程果实运动分析

为改善现有收获设备的采收性能,降低伤果率,提高采摘率,必须对果实采收设备引起的果实运动情况进行准确评估,以确定导致果实损伤的主要阶段和关键因素.该文建立和分析了果实—树体的动力学模型,通过试验和计算验证了果实脱落的理论条件是果实所受法向惯性力要大于果柄与果实间的结合力,并设计了一种扁球型电子果实(orange impact recording sensor,OIRS),利用它检测记录三维激振采收系统在收获砂糖桔时所产生的机械冲击,对该系统引起的果实运动进行分析.在野外振动采收试验记录的数据中,电子果实记录到振动阶段的最大机械冲击加速度均值为217g,平均冲击加速度达到123g;而下落阶段的最大机械冲击加速度均值为155g,平均冲击加速度仅为76g.结果表明:在振动阶段果实损伤的可能性更高,可通过调整采收机的工作参数,降低潜在的伤果风险;而下落阶段果实与地面接触时产生的较高冲击也会导致果实损伤,收获设备表面可铺设缓冲减震材料,以此降低果实的坠落损伤.研究结果表明利用电子果实能够有效检测三维激振采收系统在果实收获过程中所产生的机械冲击,用于机器系统的伤果评估.