灵武长枣果实力学特性与采摘机械损伤研究

发布时间：2020-04-03 10:52

【摘要】：灵武长枣是宁夏独有的枣种,在宁夏的地方林果经济中占有举足轻重的地位。灵武长枣目前的采摘方式以人工架梯拣摘为主,随着人工劳动力成本逐年增高,这对需要密集劳动力、短期集中采摘作业的灵武长枣林果经济发展造成显著的负面影响。因此研究灵武长枣机械化自动采摘装置迫在眉睫。在机械化采摘研究过程中,由于灵武长枣表现为硬脆性,其表面受到一定的机械碰撞和机械损伤就会造成果实细观结构的变化,这会加速果实的酒化腐烂,并具有快速扩大和腐烂传染的特性。这都会严重影响灵武长枣的货运期与货架期,直接导致灵武长枣经济利益的损失。因此本文尝试从研究灵武长枣的力学特性入手,分析得出不同成熟度灵武长枣的宏观力学行为,以及细观的果实质地品质,从灵武长枣外部及内部两个方面分析研究,建立灵武长枣机械采摘的力学理论基础;探索机械设备在采摘时及采摘后分别对灵武长枣造成的两大类机械损伤,指导自动采摘末端执行器的参数设计,并为设计更加合理、更加科学的采摘方式提供指导和理论依据。本文以灵武市绍伟农牧专业合作社种植的灵武长枣为研究对象,进行了不同成熟度灵武长枣的宏观力学特性,细观质地品质,采摘时/后两大类机械损伤的研究。主要研究内容如下:(1)灵武长枣果实宏观力学特性的研究。首先对样品进行物理尺寸的统计学计算,将外形因素这一变量控制在合理的范围内;利用非金属力学试验机对不同成熟度灵武长枣果实进行横向、纵向压缩试验,通过力-位移并根据Hertz弹性力学接触理论,计算出不同成熟度灵武长枣横纵向的压缩力学特性指标;划分灵武长枣力学成熟度区间,建立了灵武长枣的宏观力学行为的体系,为后续的试验打下理论基础。(2)灵武长枣果实细观质地品质的研究。利用质构仪对灵武长枣果实进行穿刺试验,绘制灵武长枣质地特征曲线,定性的分析灵武长枣的质地品质;然后根据试验方案进行Macro宏编程,进一步绘制详尽穿刺试验曲线,分析提取各项果实质地指数,对其进行方差分析,建立了针对于灵武长枣果实的质地品质评价方法,从内部了解到灵武长枣果皮及果肉力学性质,佐证了灵武长枣果实在宏观方面表现出的力学特性。(3)灵武长枣采摘时动压机械损伤。利用万能力学试验机对灵武长枣设计进行正交挤压加卸载实验,从试验结果中提取灵武长枣的弹塑性力学参数;首先建立实验因素与灵武长枣机械损伤之间的回归方程,探究各个试验因素对灵武长枣机械损伤的影响程度;再建立灵武长枣弹塑性力学参数与实验因素的回归方程;探究各试验因素对灵武长枣弹塑性力学参数的影响程度;最后建立灵武长枣机械损伤与弹塑性力学参数的回归方程,探究了灵武长枣与弹塑性力学之间的线性关系;为灵武长枣机械自动采摘的末端执行器的参数设计提供了理论基础。(4)灵武长枣采摘后冲击机械损伤。利用自制高度试验台对灵武长枣果实进行两次单因素试验探究灵武长枣的跌落与碰撞损伤以及不同成熟度的灵武长枣果实的跌落损伤,获取了灵武长枣采摘冲击机械损伤主要影响因素;根据单因素试验结果,对跌落试验进行响应面优化试验设计,建立冲击机械损伤和采摘条件的回归方程,并进行方差分析和显著性检验,对最佳采摘方案进行预测设计。建立关于灵武长枣冲击采摘机械损伤的一套行之有效的研究方法。本文的研究成果可为灵武长枣的自动采摘装备提供相应的理论基础和技术准备。
【图文】：

灵武长枣,机器,特性,果实

植物的生长周期一般持续在Ｉ８０ｄ左右，年均降水量为２０７．邋２－２５６．邋２ｍｍ，年平均气温为８．９°Ｃ。逡逑灵武长枣是宁夏所独有的枣类品种，其果实可食率高达９４．６％以上，含有大量的维生素Ｃ、维逡逑生素Ｐ、铁等微量元素３］。如图１－１所示。逡逑图卜１炅武长枣逡逑１．１研究的背景与意义逡逑“灵武长枣”在宁夏回族自治区是十分重要的经济林果之一，在当地政府大力支持下，出台逡逑了多种惠农利民政策推动了灵武长枣产业的长远发展，它的栽种面积正在逐年扩大，在宁夏的逡逑地方林果经济中己经占有举足轻重的地位，，并为宁夏灵武的经济发展和增加当地农民的收入起逡逑到了非常重要的作用Ｈｆ。然而，灵武长枣属于鲜食类果实，其果实的表面极易受到机械损伤，逡逑并且果实相互之间也易发生磕碰损伤，从而导致果实的酒化作用以加速果实的腐烂。因此，灵逡逑武长枣的采摘特性相对其他水果来说有所不同Ｗ。由于灵武长枣的采摘成熟期只有短暂的２０几逡逑天，如果不及时进行采摘，成熟的灵武长枣就会自动掉落并快速腐烂，将会造成巨大的经济损逡逑失。逡逑目前适用于灵武长枣的采摘方式仍然完全依靠人力的架梯拣摘，如图１－２所示。一般情况逡逑下

灵武长枣,果实,物理,纵径

逡逑灵武长枣的果实形态近似椭球体，利用电子游标卡尺分别对灵武长枣果实的纵径和横径进逡逑行测量，并使用电子秤称出所测量灵武长枣果实的质量，如图２－１所示。分别求出１００组数据逡逑中灵武长枣横径、纵径以及质量的算术平均值。逡逑—ｐｉｌ邋Ｊ邋１逡逑图２－１灵武长枣果实物理尺寸的测量逡逑－７－逡逑
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S225

【参考文献】