【摘要】：大力發(fā)展果園收獲作業(yè)機(jī)械化是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度的有效途徑。振動(dòng)式蘋果收獲效率較高,適宜大面積、規(guī)模化作業(yè),但瓶頸問題是損傷比較嚴(yán)重,難以機(jī)械化生產(chǎn)的推廣應(yīng)用。本文圍繞這個(gè)問題,通過研究蘋果碰撞損傷機(jī)理,從理論建模和實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新兩方面對(duì)蘋果碰撞損傷規(guī)律進(jìn)行了多方位、定性和定量研究;此外,針對(duì)新型蘋果栽培模式,通過田間試驗(yàn),初步驗(yàn)證了局部對(duì)靶振動(dòng)采收方式的可行性。主要研究工作如下:(1)基于赫茲接觸理論和彈塑性力學(xué),在考慮果實(shí)塑性變形時(shí)發(fā)生軟化特性的基礎(chǔ)上,以果實(shí)間碰撞為例,建立了接觸力與相對(duì)接近量以及接觸力與損傷面積間的相互關(guān)系模型,通過算例和有限元模擬,驗(yàn)證了理論建模方法的正確性,后衍生出蘋果與接收表面碰撞的力學(xué)模型,最后基于理論模型討論了不同因素對(duì)蘋果碰撞損傷的影響。(2)設(shè)計(jì)了擺動(dòng)沖擊實(shí)驗(yàn)裝置,通過模擬蘋果間不同部位自由碰撞,研究了蘋果間碰撞損傷機(jī)理,驗(yàn)證了接觸力與損傷面積的相互關(guān)系模型,得到了每個(gè)部位在七種不同水平碰撞力下的質(zhì)量評(píng)估模型。結(jié)果表明,從損傷概率的角度考慮,蘋果表面抵抗沖擊損傷的能力沿著果柄一花萼方向逐漸下降;蘋果間自由碰撞無損的沖擊力應(yīng)控制在15 N左右。(3)實(shí)驗(yàn)研究了緩沖材料撞擊蘋果減損機(jī)理,通過對(duì)不同部位分別施加七種不同水平的碰撞力,驗(yàn)證了接觸力與損傷面積的相互關(guān)系模型,得到了三個(gè)部位均分別被三種聚氨酯泡棉沖擊的質(zhì)量評(píng)估模型。結(jié)果表明,使用硬度(25%形變壓力)為2.1～11 kPa內(nèi)的緩沖材料(聚氨酯泡棉)均可明顯提高蘋果抵抗沖擊損傷能力,且增幅在2.1～4.8 kPa內(nèi)比較明顯,在4.8～11 kPa內(nèi)甚微;在果實(shí)表面沿果柄-花萼方向的三個(gè)部位中,靠近果柄的抵抗沖擊損傷的能力較弱,其他兩部位的差異較小;因材料硬度達(dá)到一定值后,對(duì)提高果實(shí)抵抗沖擊損傷能力趨于飽和,對(duì)“爵士”蘋果進(jìn)行緩沖時(shí),建議選用約5.0 kPa的硬度,并將無損的碰撞力控制在約160 N。(4)實(shí)驗(yàn)研究了不同品種蘋果與緩沖材料減損間的關(guān)聯(lián),得到了每個(gè)品種損傷較敏感部位分別被三種緩沖材料撞擊的隨等效跌落高度變化的質(zhì)量評(píng)估模型。結(jié)果表明,使用所選2.1～11 kPa硬度內(nèi)的緩沖材料均可以明顯提高各品種抵抗沖擊損傷能力,且硬度越大,增幅基本越大;緩沖材料對(duì)不同品種減少?zèng)_擊損傷能力間的差異較大;緩沖材料對(duì)“爵士”、“史密斯”和“愛妃”蘋果無損防護(hù)的等效高度分別為54、38和34 cm。(5)研究了適宜“墻形”和“V形”蘋果栽培模式的局部對(duì)靶振動(dòng)采收減損方法,研制了電驅(qū)激振裝置和果實(shí)收集平臺(tái)。利用電子水果儀,通過室內(nèi)跌落對(duì)比實(shí)驗(yàn),確定了收集平臺(tái)的緩沖減損方案;在“墻形”棚架果園開展田間試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)激振頻率為15、20、和25 Hz時(shí),果實(shí)分離率分別為84%、86%和92%,滿足分級(jí)要求的果實(shí)占比分別為90%、94%和80%。結(jié)果表明,這種方法可獲得較高的果實(shí)分離率和質(zhì)量,具有推廣應(yīng)用前景。本文的研究結(jié)果可為振動(dòng)收獲減損收集裝置的優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐,同時(shí)為鮮蘋果的機(jī)械化收獲提供了一條有效的新途徑。
【圖文】：

１．１研究背景及意義逡逑我國(guó)是世界上蘋果產(chǎn)量最高的國(guó)家Ｉ１］，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)蘋果的栽培面積在逡逑所有水果中位列第二，但產(chǎn)量最高如圖１－１所示，我國(guó)蘋果產(chǎn)量的變化趨勢(shì)，蘋果產(chǎn)量從逡逑２００６年的２６００萬噸增加到２０１５年的４０９０萬噸，十年時(shí)間增幅達(dá)到５７．５％。而無論在中國(guó)還是逡逑在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，鮮蘋果的收獲均依舊還是依靠人工方式，借助梯子或者果園作業(yè)輔助平臺(tái)進(jìn)逡逑行手工采摘。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采收５７０萬噸的鮮蘋果，需要雇傭４５０００￣５００００個(gè)熟練勞工在很短的收獲逡逑季完成近幾年，因人工費(fèi)用上漲導(dǎo)致的生產(chǎn)成本增加，造成了我國(guó)蘋果出口市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力逐逡逑步下滑，從２００９年１１７萬噸的出口量，減少到２０１５年的８３萬噸卜７】。在整個(gè)蘋果生產(chǎn)成本中，逡逑僅收獲作業(yè)的人工費(fèi)用占比超過了三分之一。例如，在美國(guó)華盛頓州（Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ邋Ｓｔａｔｅ，邋ＵＳＡ），逡逑勞務(wù)支出消耗了整個(gè)“嘎啦”（“0３１３”）蘋果生產(chǎn)活動(dòng)的５８％，而僅收獲作業(yè)就占了２５°／＜／８１。另外，逡逑隨著生育率下降和平均壽命的提高

在短期內(nèi)難以商品化。逡逑振動(dòng)式收獲通過對(duì)果樹不同位置施加一定頻率和幅值大小的激振力，使大量果實(shí)在短時(shí)間內(nèi)逡逑脫落，同時(shí)通過收集裝置接收，以達(dá)到較高的收獲效率［２２—?dú)饽壳�，如圖１－２所示，國(guó)外己經(jīng)出逡逑現(xiàn)了集自走平臺(tái)、果實(shí)分離和收集裝置于一體的成套式商品化振動(dòng)收獲機(jī)械，用于收獲像柑橘、逡逑葡萄、核桃、橄欖等表皮較厚、較硬或者用于加工處理的果品［２４＿２６］。研宄人員也曾開展了大量鮮逡逑食水果（如蘋果、梨、櫻桃等）機(jī)械化收獲裝備的研制工作，但收獲損傷導(dǎo)致果品品質(zhì)難以保證逡逑仍然是目前機(jī)械化生產(chǎn)難以廣泛開展的主要原因之一。逡逑W「焌逡逑~枺義希齲齲眨懾義獻(xiàn)ⅲ捍幼籩劣遙由系較亂來斡糜謔棧衿咸選⒏涕�、桃子和涅P破還Ｍ計(jì)叢從詮雀柰計(jì)閹鰲ｅ義賢跡保補(bǔ)獾湫偷淖宰呤焦氛穸棧窕義希疲椋紓酰潁邋澹保插澹裕穡椋悖幔戾澹螅澹歟媯穡潁錚穡澹歟歟澹溴澹螅瑁幔耄澹幔睿洌悖幔簦悖楨澹瑁幔潁觶澹螅簦澹潁簀澹恚幔洌邋澹椋鑠澹媯錚潁澹椋紓鑠澹悖錚酰睿簦潁椋澹簀義狹硪環(huán)矯媯詮笆棧窕笛兄頻耐�，七�腦耘嗄Ｊ揭蒼詬納�。传蛙嚠�轡峁梗義習(xí)�、半矮化的密謧}種材Ｊ劍蜃諾鼻安扛摺⒏屎匣禱棧竦南執(zhí)胺⒄梗郟玻罰擼玻福藎玨義稀爸繃⑶叫危ⅲǎ鄭澹潁簦椋悖幔戾澹疲潁酰椋簦椋睿玨澹祝幔歟戾澹粒潁悖瑁椋簦澹悖簦酰潁澹ㄍ跡保常┗頡埃中巍�。灾q廡┦饜沃�，整棵果树辶x賢ü炙勘徽撾嗖閂錛芙峁梗髦υ蜓刈鷗炙克繳�。这旨堘构可以将机械蕳ｑ控制哉a皺義喜炕氖髦λ，

本文編號(hào)：2706799