基于能量传递规律的油茶树冠层振动参数优化与试验

油茶作为中国特有的木本油料作物，在空间上具有复杂的分枝结构，不同品种树体的形态结构和力学性能差异明显。为了研究油茶树在冠层振动采摘油茶果过程中能量传递规律以及获得最佳激振参数，本文建立5自由度油茶树的质量-弹性-阻尼动力学模型并测量和计算等效参数；以不同激振参数为输入，通过Matlab软件对动力学模型进行仿真，并设计二次旋转正交组合试验，仿真结果表明，油茶树各级枝之间能量传递过程中损失严重，从激振力所作用的枝条传递到路径末枝时能量剩余不到20%；且油茶树各级枝的动能峰值出现的时间具有滞后性，越靠近激振点的动能峰值出现越早。由于油茶树各级枝间能量传递损失严重，将一棵树进行2~3次振动采摘。利用Design-Expert 11.0.4软件的优化模块对激振参数进行优化求解，以一部分侧枝动能最大，主干动能最小为目标函数时，最佳振动参数组合为振动时间7.14s、振动频率7.18Hz、振幅52.41mm；通过田间试验对油茶树能量传递规律进一步研究发现，能量沿着树枝内部传递时与各级枝之间的传递规律相同，即动能与传递距离成反比，传递的距离越远动能越小。并对仿真结果进行验证：田间试验结果与仿真结果的相对误差在10%以内，说明该动力学模型具有较高的可靠性；振动采摘部分的油茶果实和花苞平均脱落率分别为90.53%、14.39%，采摘效果较好，证明了从能量传递角度对激振参数优化的可行性。本文建立的动力学模型和预测的最佳振动参数组合可以为油茶果机械化采摘作业的工作参数设置提供参考。

Optimization and Experiment of Canopy Vibration Parameters of Camellia oleifera Based on Energy Transfer Characteristics