摘要：針對(duì)油茶樹成林后立地條件復(fù)雜，采摘機(jī)械作業(yè)空間小，中、大型機(jī)械化采摘作業(yè)難等問(wèn)題，基于油茶側(cè)枝水平夾持振動(dòng)采摘工作原理，設(shè)計(jì)一種輕簡(jiǎn)式油茶果側(cè)枝夾持振動(dòng)采摘裝置。根據(jù)振動(dòng)裝置采摘原理與試驗(yàn)相結(jié)合的分析方法，建立油茶果振動(dòng)力學(xué)模型，分析對(duì)油茶果采摘效果產(chǎn)生影響的主要因素。以樹枝直徑、激振機(jī)構(gòu)振幅、頻率為試驗(yàn)因素，將油茶果采凈率和花苞損傷率作為試驗(yàn)指標(biāo)，開展油茶果振動(dòng)采摘試驗(yàn)。結(jié)果表明，激振機(jī)構(gòu)振動(dòng)頻率對(duì)油茶果采凈率、花苞損傷率影響均為最顯著。當(dāng)樹枝直徑為16 mm、激振機(jī)構(gòu)振幅為40 mm、振動(dòng)頻率為16 Hz，對(duì)應(yīng)的油茶果采凈率為85.70%，花苞損傷率為4.45%，采摘效果最佳，基本符合采摘要求。

關(guān)鍵詞：油茶果；振動(dòng)采摘；振動(dòng)力學(xué)模型；側(cè)枝夾持；輕簡(jiǎn)式

中圖分類號(hào)：S225.93" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：2095?5553 （2024） 10?0033?06

Research on vibration picking device for light and simple Camellia oleifera lateral branches

Tu Hengming1， Rao Honghui1， Li Tao1， Tong Jinjie1， 2， Wang Bangjin1， Liu Muhua1

（1. Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment， Jiangxi Agricultural University， Nanchang， 330045， China;

2. Jiangxi Institute of Science and Technology Information， Nanchang， 330046， China）

Abstract： Aiming at the problems such as" the complexity of ground conditions after the Camellia oleifera tree forest， the limited space for the picking machinery operation， and the challenges of medium and large?scale mechanized picking， a lightweight and simple Camellia oleifera fruit lateral branch clamping vibration picking device based on the working principle of horizontal clamping vibration picking of the Camellia oleifera lateral branches was designed. The mechanics model for Camellia oleifera fruit vibration was established by analyzing the main factors that affected the effectiveness of Camellia oleifera fruit picking， based on the vibration device picking principle and experimental analysis methods. The experiment tested the Camellia oleifera fruit picking rate and bract damage rate by using branch diameter， amplitude， and frequency of the vibration mechanism as test factors. The results showed that the vibration frequency of the vibration mechanism had the most significant impact on the Camellia oleifera fruit picking rate and bract damage rate. Specifically， when the branch diameter of 16 mm， amplitude of 40 mm， the vibration frequency of 16 Hz， corresponding to the Camellia oleifera fruit picking rate was 85.70%， bud damage rate of 4.45%， which was in line with the picking requirements.

Keywords： Camellia oleifera fruit; vibration picking; vibration mechanics model; side branch clamping; light and simple form

0 引言

油茶果是我國(guó)南方特有的木本使用油料，被世界糧農(nóng)組織優(yōu)選為健康食用油原料[1?3]，油茶籽產(chǎn)油率約為30%，油茶種植經(jīng)濟(jì)性良好，也可保護(hù)生態(tài)環(huán)境[4， 5]。茶油作為一種健康型食用油，在國(guó)內(nèi)外具有廣闊的發(fā)展空間[6]。茶油中含有多種有益于人體健康的不飽和脂肪酸以及一些活性和抗氧化成分，具有較好的保健效果[7?9]。然而，現(xiàn)有油茶的采摘大部分仍然依靠人工，勞動(dòng)強(qiáng)度大，亟需可適應(yīng)現(xiàn)有油茶林的采摘機(jī)械。

目前，國(guó)內(nèi)科研院所研制出了一系列油茶果采摘裝置。傅立強(qiáng)等[10]研制了履帶式油茶果采摘機(jī)，通過(guò)對(duì)油茶枝條進(jìn)行夾持振動(dòng)實(shí)現(xiàn)油茶果采摘，不會(huì)對(duì)油茶枝造成損傷且采摘效率較高，但機(jī)械體積較大，油茶林內(nèi)難以行進(jìn)。李贊松等[11]研制了手自一體式核桃采摘機(jī)，可根據(jù)頻率信號(hào)對(duì)振動(dòng)頻率調(diào)整，以達(dá)到合適振動(dòng)頻率實(shí)現(xiàn)較好采摘效果，但整體質(zhì)量相對(duì)較大，人難以長(zhǎng)時(shí)間工作。閆鋒欣等[12]研制的手持沖擊梳刷式油茶果采摘裝置，通過(guò)沖擊指的碰撞作用和指間梳刷作用采摘油茶果，可有效降低花苞損傷率，但需梳刷多次，采摘效率有待提高。

由以上可知，中、大型油茶果采收裝置能夠?qū)崿F(xiàn)較高的采摘效率，且盡量減少花苞損傷；但仍存在通過(guò)性較差、爬坡性能較低、可能對(duì)油茶樹產(chǎn)生損傷等問(wèn)題。而便攜式采摘裝置相較于大型采收裝置更為輕便，能更好地適應(yīng)山地丘陵油茶林，但需人工手持作業(yè)，難以長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，且限于便攜性要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能提供的能量較小，采摘效率不高[13， 14]。因此，設(shè)計(jì)一種相對(duì)輕便且可穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的油茶果采摘裝置，同時(shí)能夠適應(yīng)各種種植復(fù)雜的油茶林地，對(duì)油茶果機(jī)械化采摘的大面積推廣具有重要意義。

1 油茶果生物特性研究與采摘理論分析

1.1 油茶果和花苞生物特性研究

振動(dòng)采摘的基本原理是對(duì)油茶樹主干或樹枝施加激振力，當(dāng)達(dá)到油茶果脫落所需能量時(shí)，油茶果由于所受到慣性力大于結(jié)合力脫落；同時(shí)利用油茶果和花苞的質(zhì)量和結(jié)合力等參數(shù)差異較大的特點(diǎn)，在保證大多數(shù)油茶果振落時(shí)盡量減少花苞脫落，以免影響來(lái)年產(chǎn)量。油茶果和花苞分離力以及質(zhì)量等參數(shù)作為影響油茶果脫落的關(guān)鍵因素，對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，可為油茶果振動(dòng)采摘裝置的設(shè)計(jì)提供重要參考。

為了獲取油茶生物特性參數(shù)，在贛州袁州區(qū)星火科技園進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象為長(zhǎng)林18號(hào)、長(zhǎng)林40號(hào)和贛無(wú)1、贛無(wú)2兩個(gè)系列4個(gè)油茶樹主栽品種，對(duì)油茶果直徑、質(zhì)量，花苞直徑、質(zhì)量以及油茶果和花苞脫落力進(jìn)行了測(cè)定。試驗(yàn)所用設(shè)備為ZDF-50數(shù)字式拉力計(jì)，量程0～50 N，精度±0.01 N。測(cè)量過(guò)程中樣本隨機(jī)取樣，每個(gè)品種測(cè)量的樣本數(shù)量為20個(gè)，利用拉力計(jì)對(duì)油茶果和花苞結(jié)合力進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)每個(gè)采落的油茶果質(zhì)量、直徑，花苞質(zhì)量、直徑等參數(shù)進(jìn)行記錄。

由圖1分析可知，油茶果脫落力和花苞脫落力分布范圍重疊較小，油茶果和花苞脫落力均值分別為12.54 N和2.96 N，表明油茶果脫落力相較于花苞較大；且油茶果脫落力數(shù)據(jù)分布偏向于中位線上方，花苞脫落力則相對(duì)集中但相對(duì)較小。兩者脫落力呈正態(tài)分布，表明試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常，樣本選取較為合理。

由表1分析可知，油茶果直徑和質(zhì)量均遠(yuǎn)大于花苞。進(jìn)而可知，兩者在受到激振力作用時(shí)，由于質(zhì)量與體積差異，油茶果所受到的慣性力遠(yuǎn)大于花苞。因此，在確定合適采摘激振力后，對(duì)振動(dòng)采摘裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以達(dá)到振落大部分油茶果且盡量減少花苞脫落的采摘效果。

1.2 采摘理論分析

目前，我國(guó)機(jī)械化振動(dòng)采摘裝置主要有曲柄滑塊式結(jié)構(gòu)和大質(zhì)量偏心塊結(jié)構(gòu)兩種類型[15]，本文所設(shè)計(jì)采摘裝置主要針對(duì)山地丘陵條帶式油茶林，裝置需滿足行走靈活好、通過(guò)性良好的要求。因此，采摘裝置選擇曲柄滑塊式結(jié)構(gòu)作為激振裝置。

由油茶果和花苞脫落力試驗(yàn)可知，油茶果和花苞質(zhì)量、直徑和脫落力差異較大，振動(dòng)時(shí)油茶果所受慣性力也遠(yuǎn)大于花苞。因此，需對(duì)油茶果進(jìn)行振動(dòng)采摘受力分析，并結(jié)合激振裝置原理確定油茶果所需激振力影響因素，進(jìn)而對(duì)振動(dòng)采摘裝置關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2為裝置振動(dòng)時(shí)油茶果的受力情況，當(dāng)油茶果所受慣性力與重力合力大于結(jié)合力[16]時(shí)，油茶果掉落。

由圖2分析可知，油茶果脫落條件為

[Fn+Gngt;Ft] （1）

即[Fsinθ+Gcosθgt;Ft] （2）

式中： F——慣性力，N；

Fn——慣性力法向分力，N；

Gn——重力法向分力，N；

Ft——油茶果與樹枝結(jié)合力，N；

θ——重力與結(jié)合力夾角補(bǔ)角，rad。

油茶果和枝條的振動(dòng)規(guī)律可看作正弦函數(shù)[17]，振動(dòng)產(chǎn)生的水平位移

[x=Asin（ωt+ψ）?eζωt] （3）

式中： A——振幅，mm；

ω——振動(dòng)角頻率，rad/s；

t——時(shí)間，s；

ψ——初始相位角，rad；

ζ——阻尼比。

對(duì)式（3）進(jìn)行二階求導(dǎo)運(yùn)算得

[x''=A[ω2-（ζω）2]sin（ωt+ψ）?eζωt] （4）

由牛頓第二定律可知，慣性力

[F=mx''=mA[ω2-（ζω）2]sin（ωt+ψ）?eζωt] （5）

[m{A[ω2-（ζω）2]sin（ωt+ψ）?eζωt+g}gt;Ft] （6）

式中： m——油茶果質(zhì)量，kg；

g——重力加速度，m/s2。

由于油茶果質(zhì)量相對(duì)于樹枝質(zhì)量較小，重力分力較小可近似忽略重力影響，脫落條件可簡(jiǎn)化為

[mA[ω2-（ζω）2]sin（ωt+ψ）?eζωtgt;Ft] （7）

由式（7）可知，油茶果是否脫落與其質(zhì)量和振動(dòng)裝置所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率、振幅有關(guān)，由于本裝置對(duì)油茶側(cè)枝進(jìn)行夾持采摘，因此油茶果質(zhì)量宏觀表現(xiàn)為油茶側(cè)枝整體質(zhì)量，而側(cè)枝質(zhì)量受樹枝直徑影響，可知油茶果脫落影響因素為油茶樹枝直徑和振動(dòng)裝置所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率、振幅。

2 整機(jī)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

采摘裝置主要由夾持機(jī)構(gòu)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、采摘桿、棘輪拉緊機(jī)構(gòu)、軟軸、手推車架及汽油機(jī)等組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中夾爪安裝在往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)底座上，棘輪拉緊機(jī)構(gòu)通過(guò)鋼絲繩皮套控制夾爪的張開與夾緊，采摘桿頂端與往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，頂端靠下方鉸接在手推車架上，尾端與軟軸連接；汽油機(jī)固定在手推車架上，并與軟軸相連接。

采摘過(guò)程中，采摘員將手推車架正對(duì)油茶樹，放下手推車架上的搭架，啟動(dòng)汽油機(jī)，人體站立在搭架上；手握采摘桿尾端，根據(jù)油茶枝條長(zhǎng)勢(shì)調(diào)整采摘頭高度，使夾爪位于二三級(jí)側(cè)枝交叉處靠下方位置，按下棘輪拉緊機(jī)構(gòu)手柄夾緊樹枝，增加汽油機(jī)轉(zhuǎn)速直至油茶果開始陸續(xù)脫落后穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，當(dāng)大部分油茶果振落時(shí)，按下汽油機(jī)熄火按鍵，完成一次采摘；松開夾爪后可調(diào)整采摘桿繼續(xù)對(duì)附近側(cè)枝進(jìn)行采摘。

2.2 往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為本裝置核心激振機(jī)構(gòu)，由滑動(dòng)底座、滑動(dòng)軸、滑軌、偏心輪、軸套、往復(fù)機(jī)構(gòu)外殼等組成，結(jié)構(gòu)如圖4所示。軸套與采摘桿相連接，傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞至偏心輪，偏心輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所連接的螺紋銷讓滑軌做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滑軌與滑動(dòng)軸、滑動(dòng)底座相連接，滑動(dòng)底座帶動(dòng)夾爪往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樹枝的往復(fù)振動(dòng)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要將汽油機(jī)輸出的能量轉(zhuǎn)化為周期性的往復(fù)激振力，可通過(guò)調(diào)節(jié)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速以改變振動(dòng)頻率，而偏心輪上分布有不同偏心距的螺紋孔，可改變振動(dòng)裝置振幅。

由于油茶果側(cè)枝有一定的自由度，振幅較小時(shí)，難以將激振能量傳遞到冠層樹枝，油茶果不易脫落；振幅較大時(shí)，雖然可將油茶果振落，但可能對(duì)樹枝產(chǎn)生損傷，且產(chǎn)生較大振動(dòng)人操作時(shí)難以長(zhǎng)時(shí)間工作。結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)與預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，選取40 mm、50 mm、60 mm為振幅范圍取偏心孔。

2.3 夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

夾持機(jī)構(gòu)可對(duì)油茶枝進(jìn)行夾緊，可保證振動(dòng)時(shí)油茶枝隨滑動(dòng)底座一起往復(fù)振動(dòng)，主要由夾爪塊、連桿、中空銷、夾爪座和彈簧、導(dǎo)向銷套等組成，結(jié)構(gòu)如圖5所示。夾爪片上裝有硅膠塊，可保護(hù)樹枝避免受損傷，中空銷座通過(guò)鋼絲繩與棘輪拉緊機(jī)構(gòu)相連接，其在鋼絲繩驅(qū)動(dòng)下拉動(dòng)連桿進(jìn)而拉動(dòng)夾爪塊進(jìn)行夾緊；振動(dòng)采摘完成后，松開棘輪拉緊機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向銷套上的彈簧回彈，將夾爪張開。

2.4 棘輪拉緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

棘輪拉緊機(jī)構(gòu)通過(guò)鋼絲皮套實(shí)現(xiàn)夾爪對(duì)樹枝的夾緊，主要由鋼絲繩皮套、棘輪棘爪、鋼絲繩、定滑輪和固定板等零件構(gòu)成，如圖6所示。通過(guò)對(duì)手柄的按壓，將皮套內(nèi)的鋼絲繩進(jìn)行拉緊，且由于鋼絲繩處在兩端固定的鋼絲繩皮套內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)夾爪拉緊的同時(shí)而不干涉往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)振動(dòng)；振動(dòng)采摘完成后，可通過(guò)對(duì)棘爪手柄進(jìn)行按壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)夾爪的松開。

2.5 動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)選型

本裝置采用汽油機(jī)作為動(dòng)力源，通過(guò)軟軸將動(dòng)力傳遞至激振裝置，動(dòng)力輸出需提供足夠能量，激振裝置才能將油茶果振落；因此，需對(duì)汽油機(jī)進(jìn)行選型。汽油機(jī)的主要參數(shù)為汽油機(jī)功率和轉(zhuǎn)速，所需功率和轉(zhuǎn)速的大小取決于激振裝置帶動(dòng)油茶枝振動(dòng)所需的能量，因此本文結(jié)合往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。本裝置所采用的激振裝置可簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖7所示。

由上文對(duì)振動(dòng)裝置振動(dòng)系統(tǒng)分析可知，油茶果脫落所需激振力

[FT=Fc=mqω02r] （8）

式中： [Fc]——偏心輪旋轉(zhuǎn)向心力，N；

[mq]——曲柄滑塊機(jī)構(gòu)質(zhì)量，kg；

[ω0]——偏心輪角速度，rad/s；

[r]——偏心距，mm。

偏心輪半徑為20 mm、25 mm、30 mm，測(cè)量得曲柄滑塊機(jī)構(gòu)質(zhì)量為1.2 kg。

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩

[T=mqr] （9）

汽油機(jī)功率

[p=KATn9 550i] （10）

式中： i——傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速比；

KA——汽油機(jī)工況系數(shù)；

n——汽油機(jī)轉(zhuǎn)速。

由式（9）得，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩為0.36 N ? m，汽油機(jī)轉(zhuǎn)速n為7 500 r/min，減速比為17∶22，由于汽油機(jī)工作時(shí)受到振動(dòng)沖擊影響，工況系數(shù)取1.4，計(jì)算得汽油機(jī)功率0.52 kW，考慮傳動(dòng)效率等因素影響，選取汽油機(jī)功率為0.9 kW，轉(zhuǎn)速為7 500 r/min。

3 油茶果采摘試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

為驗(yàn)證油側(cè)枝夾持式茶果振動(dòng)采摘裝置采摘效果，于2023年10月11日在江西省新余市分宜縣鈐山鎮(zhèn)山下試驗(yàn)林場(chǎng)開展了戶外采摘試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)選擇10棵樹形較好、果實(shí)較多、有較多花苞的長(zhǎng)林18號(hào)品種油茶樹，樹高2.5 m左右，株距約為3 m。試驗(yàn)所用的設(shè)備主要包括：側(cè)枝夾持式油茶果振動(dòng)采摘裝置、游標(biāo)卡尺、卷尺、汽油機(jī)轉(zhuǎn)速表。

3.2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)以?shī)A持樹枝直徑、執(zhí)行機(jī)構(gòu)振幅、振動(dòng)頻率作為試驗(yàn)因素，如表2所示。油茶果采凈率和花苞損傷率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，為了尋找各因素水平最佳參數(shù)組合，開展三因素三水平二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)，應(yīng)用Design?Expert軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和優(yōu)化。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)方案與結(jié)果如表3所示。其中X1、X2、X3為因素編碼值。

通過(guò)Design-Expert8.0.6軟件對(duì)表3中試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到油茶果采摘率、花苞損傷率與各因素的二次多項(xiàng)式回歸模型為

[Y1=82.12-3.18X1+2.46X2+5.19X3+0.58X1X2+0.91X1X3+1.20X2X3-1.17X12-1.77X22+1.15X32] （11）

[Y2=4.96-0.0066X1+0.74X2+1.10X3-0.64X1X2-0.12X1X3+0.69X2X3+0.41X12+0.25X22-0.59X32] （12）

對(duì)模型[Y1]和[Y2]進(jìn)行方差分析和回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。回歸模型的擬合度高度顯著（模型P值小于0.05）；模型失擬項(xiàng)的P值大于0.05，說(shuō)明回歸方程擬合的好，無(wú)失擬因素存在，因此可用回歸方程[Y1]和[Y2]代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)采摘試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。根據(jù)樹枝直徑、振幅和振動(dòng)頻率的P值大小可判斷3個(gè)試驗(yàn)因素對(duì)油茶果采摘率有顯著影響，試驗(yàn)因素對(duì)油茶果采摘率的影響從大到小依次為振動(dòng)頻率、樹枝直徑、振幅。模型的校正決定系數(shù)[R2]分別為0.942 7、0.962 2，說(shuō)明模型擬合優(yōu)度較好，具有較高的可靠性。

對(duì)表4分析可知，樹枝直徑和裝置振動(dòng)頻率對(duì)油茶果采凈率均具有極顯著影響，裝置振幅對(duì)油茶果采凈率具有顯著影響；裝置振動(dòng)頻率和振幅對(duì)花苞損傷率均具有極顯著影響，樹枝直徑對(duì)花苞損傷率影響不顯著；其原因是花苞生長(zhǎng)位置一般靠近枝條末端，振動(dòng)能量傳遞到該位置損耗較大，且花苞所受到慣性力遠(yuǎn)小于油茶果，一般不易對(duì)花苞產(chǎn)生損傷，樹枝直徑相差不大時(shí)，對(duì)花苞損傷率影響較小。各因素對(duì)油茶果采凈率影響從大到小依次為振動(dòng)頻率、樹枝直徑、振幅；各因素對(duì)花苞損傷率影響從大到小依次為振動(dòng)頻率、振幅、樹枝直徑。

通過(guò)Design-Expert軟件對(duì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以油茶果采摘率取最大值，花苞損傷率取最小值為條件，并結(jié)合試驗(yàn)因素的邊界條件求解回歸模型。通過(guò)求解得到采摘裝置的最優(yōu)參數(shù)組合為：樹枝直徑16.12 mm、振幅40.59 mm、振動(dòng)頻率16 Hz，對(duì)應(yīng)的油茶果采凈率為84.92%，花苞損傷率為4.27%。

3.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證回歸模型得出的最優(yōu)參數(shù)可靠性，2023年10月28日在江西省新余市分宜縣鈐山鎮(zhèn)山下試驗(yàn)林場(chǎng)進(jìn)行戶外采摘驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)選取樹枝直徑為16 mm，調(diào)整采摘裝置參數(shù)為振幅40 mm、振動(dòng)頻率16 Hz，采用上述參數(shù)進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，如表5所示。

由表5可知，油茶果采凈率的平均值為85.70%，花苞損傷率的平均值為4.45%，考慮到驗(yàn)證試驗(yàn)與采摘試驗(yàn)相隔時(shí)間較長(zhǎng)，油茶果整體成熟度有差異[18]，因此驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論

1） 設(shè)計(jì)一種側(cè)枝夾持式振動(dòng)采摘裝置。通過(guò)對(duì)油茶果及花苞生物力學(xué)特性研究，得出油茶果脫落力相較于花苞脫落力較大，基于水平夾持振動(dòng)采摘工作原理，完成裝置的關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)。建立夾持振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，得出影響油茶果脫落所需激振力的主要因素為樹枝直徑、激振機(jī)構(gòu)振幅、頻率。

2） 對(duì)油茶主栽品種長(zhǎng)林18號(hào)等4個(gè)品種油茶果和花苞生物特性進(jìn)行測(cè)定，得出油茶果脫落力和花苞脫落力集中區(qū)間分別為4.49～18.54 N和1.4～4.45 N，均值分別為12.54 N和2.96 N，表明油茶果脫落力相較于花苞較大。因此，在確定合適采摘激振力后，對(duì)振動(dòng)采摘裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以達(dá)到振落大部分油茶果且盡量減少花苞脫落的采摘效果。

3） 通過(guò)油茶采摘試驗(yàn)，得到油茶果采凈率和花苞損傷率二次多項(xiàng)式回歸模型通過(guò)方差分析可得出執(zhí)行機(jī)構(gòu)振動(dòng)頻率對(duì)采摘評(píng)價(jià)指標(biāo)影響最大。通過(guò)參數(shù)優(yōu)化和試驗(yàn)驗(yàn)證可知，當(dāng)樹枝直徑為16.12 mm、振幅為40.59 mm、振動(dòng)頻率為16 Hz時(shí)，油茶果采凈率為84.92%，花苞損傷率為4.27%。

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