梳刷式苹果采收关键技术研究
发布时间：2022-01-08 12:08
中国是世界上苹果种植面积最大的国家,总产量约占世界苹果总产量的一半。但苹果收获季节性强,劳动力供给紧张,人工采收成本逐年增加,降低了苹果的经济竞争力。随着传统多维树形结构向着产量更高、更适宜机械化收获的现代化标准种植果园发展,为苹果机械化高效低损采收提供了新的机遇。本研究针对“直立墙形”种植模式的特点,提出了一种柔性梳刷式苹果采收方法,设计并试制了柔性梳刷采收平台,利用样机完成了相关实验,其主要研究内容和结论如下:（1）果柄-枝条力学参数获取与分析使用电子万能试验机测量了成熟期果实柄-枝的法向结合力和切向结合力,柄-枝的切向结合力为6.05±2.39 N小于法向结合力21.09±7.7 N,在柄-枝关节的切向方向施加载荷更容易采摘果实,可以将柄-枝关节的切向方向作为主要的施加载荷的方向。对果柄进行了轴向拉伸、径向压缩和三点弯曲力学试验,获取了果柄的轴向弹性模量82.95±10.1 MPa、径向弹性模量10.34±3.59 MPa和弯曲模量21.75±10.51 MPa。为建立果实-果柄力学系统提供了力学参数支持。（2）果实横观各向异性力学特性与跌落损伤研究基于横观各向异性理论,使用电子...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）苹果-果柄系统结构示意图（b）苹果-果柄结构特性参数
西北农林科技大学硕士学位论文100.01mm）对每个苹果的赤道直径D1、D2和极直径H进行测量。D2是测量D1后将果实绕着果柄与果萼轴线旋转90°后的赤道直径，如图2-1（b）所示。利用电子天平（苏州巨天仪器设备有限公司，量程：0-3000g，精度0.01g）对果实称重，测得果实质量M。2.2.1.2试验结果与分析使用OriginPro2018对所测试数据统计分析，利用Shapiro-Wilk（S-W）正态性检所测数据，在0.05水平下，各组数据显著地符合正太分布。数据符合正态分布直方图，如图2-2所示。本研究使用Grubbs校验对每组测量结果进行异常值检验，以剔除异常值。并得到苹果生长参数的均值，及在95%的置信区间下的取值情况如表2-1所示，通过对两个赤道直径D1和D2径向等方差T检验得到双尾P=0.56>0.05，两个赤道直径没有显著性差异，故将两者的均值作为最终的赤道直径D。表2-1苹果参数统计学分析结果Table2-1Statisticalanalysisresultsoftheapple项目D1/mmD2/mmD/mmH/mmM/g均值±标准差71.97±3.71a71.64±3.60a71.81±3.50a66.21±3.43b163.73±21.8895%置信区间71.15~72.870.84~72.4471.03~72.5965.44~66.97158.87~168.60P值（S-W）0.880.450.990.170.32注：同一行不同字母表示显著性差异（P<0.05,n=80）图2-2果实参数分布直方图Fig.2-2Distributionhistogramoffruitphysicalparameters表2-1所示苹果赤道直径与极直径有显著性差异，故可将果实近似表征为椭球体，使用椭球体积公式（2-1）求得果实的近似体积，则果实近似体积与质量呈高度线性相关（如图2-3），拟合方程为式（2-2）。216V=DH（2-1）2M=0.91V(R=0.99)（2-2）
第二章苹果-果柄力学特性研究11式中：M——单个果实质量，kg；V——单个果实的近似体积，m3。图2-3果实质量-近似体积关系Fig.2-3Thefunctionrelationshipbetweenfruitmassandapproximatevolume2.3果柄-枝条关节力学特性研究2.3.1材料与方法试验材料于2019年11月取自杨凌汇承果业苹果园，品种为“Pinklady”。随机选取64个无虫害成熟期挂果枝条，分成均等的两组，制成试验样本。一组用于测量柄-枝关节法向结合力，另一组御用测量柄-枝切向结合力。试验样本被运回西北农林科技大学生物力学实验室进行试验，整个试验过程在一天之内完成。以避免果实-果柄关节的力学特性发生较大变化。进行试验之前，需去除测试苹果周围的所有叶子。测量柄-枝法向结合力时夹具水平夹紧枝条，夹具上升方向与果实轴线方向平行；测量柄-枝切向结合力时夹具垂直夹紧枝条，夹具上升方向与果实轴线方向垂直（如图2-4）。调整好果实结合点处的角度，再用夹具将枝条夹紧，夹具缓慢上升将果柄拉直至果实与枝条分离，使用电子万能试验机（型号:DDL10;量程:0-10kN;制造商：SinotestEquipmentCo.,Ltd.,中国）的上位机来记录整个试验过程中拉力变化，此拉力的峰值记为台-柄关节法向和切向结合力。图2-4柄-枝关节结合力试验（a）法向结合力试验（b）切向结合力试验Fig.2-4Thetestofthebondingforcebetweenthestemandthebranch(a)thetestofnormalbondingforce(b)thetestoftangentialbondingforce
【参考文献】：
期刊论文
[1]振刷式枸杞采收机设计与试验优化[J]. 陈军,赵健,陈云,卜令昕,胡广锐,张恩宇. 农业机械学报. 2019(01)
[2]振动收获过程中杏果实脱落的动态响应[J]. 散鋆龙,杨会民,王学农,郭文松,侯书林. 农业工程学报. 2018(18)
[3]典型农业物料碰撞接触损伤机理及应用研究进展[J]. 侯俊铭,杨勇,白晶波,何涛,李金澎. 吉林农业大学学报. 2020(01)
[4]变间距梳刷式枸杞采收装置优化设计与试验[J]. 张文强,李召召,谭豫之,李伟. 农业机械学报. 2018(08)
[5]梳刷振动式枸杞收获装置设计与运行参数优化[J]. 徐丽明,陈俊威,吴刚,袁全春,马帅,于畅畅,段壮壮,邢洁洁,刘旭东. 农业工程学报. 2018(09)
[6]荔枝树枝能量传递特性与去梗式振动采摘作业参数[J]. 李斌,陆华忠,吕恩利,李君,丘广俊,尹鸿超,马亚坤. 农业工程学报. 2018(08)
[7]基于高速摄像技术枸杞振动采收运动规律的研究[J]. 王亚磊,陈云,韩冰,陈军. 农机化研究. 2018(11)
[8]适用棚架树形的鲜苹果局部对靶振动收获方法研究[J]. 付函,段洁利,陈度,王新,ZHANG Qin,王书茂. 农业机械学报. 2017(S1)
[9]基于电子果实技术的机械振动采收过程果实运动分析[J]. 杜小强,李党伟,贺磊盈,武传宇,林乐鹏. 农业工程学报. 2017(17)
[10]牵引式果园采摘作业平台果实输送系统的研究设计[J]. 杨贞,王亚龙,韩冰,靳红玲,陈军. 中国农机化学报. 2017(07)
博士论文
[1]苹果碰撞损伤机理和局部对靶振动采收方法研究[D]. 付函.中国农业大学 2017
硕士论文
[1]枸杞振动采收关键技术研究[D]. 王亚磊.西北农林科技大学 2018
[2]牵引式果园采摘作业平台设计与研究[D]. 王亚龙.西北农林科技大学 2017
本文编号：3576531
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）苹果-果柄系统结构示意图（b）苹果-果柄结构特性参数
西北农林科技大学硕士学位论文100.01mm）对每个苹果的赤道直径D1、D2和极直径H进行测量。D2是测量D1后将果实绕着果柄与果萼轴线旋转90°后的赤道直径，如图2-1（b）所示。利用电子天平（苏州巨天仪器设备有限公司，量程：0-3000g，精度0.01g）对果实称重，测得果实质量M。2.2.1.2试验结果与分析使用OriginPro2018对所测试数据统计分析，利用Shapiro-Wilk（S-W）正态性检所测数据，在0.05水平下，各组数据显著地符合正太分布。数据符合正态分布直方图，如图2-2所示。本研究使用Grubbs校验对每组测量结果进行异常值检验，以剔除异常值。并得到苹果生长参数的均值，及在95%的置信区间下的取值情况如表2-1所示，通过对两个赤道直径D1和D2径向等方差T检验得到双尾P=0.56>0.05，两个赤道直径没有显著性差异，故将两者的均值作为最终的赤道直径D。表2-1苹果参数统计学分析结果Table2-1Statisticalanalysisresultsoftheapple项目D1/mmD2/mmD/mmH/mmM/g均值±标准差71.97±3.71a71.64±3.60a71.81±3.50a66.21±3.43b163.73±21.8895%置信区间71.15~72.870.84~72.4471.03~72.5965.44~66.97158.87~168.60P值（S-W）0.880.450.990.170.32注：同一行不同字母表示显著性差异（P<0.05,n=80）图2-2果实参数分布直方图Fig.2-2Distributionhistogramoffruitphysicalparameters表2-1所示苹果赤道直径与极直径有显著性差异，故可将果实近似表征为椭球体，使用椭球体积公式（2-1）求得果实的近似体积，则果实近似体积与质量呈高度线性相关（如图2-3），拟合方程为式（2-2）。216V=DH（2-1）2M=0.91V(R=0.99)（2-2）
第二章苹果-果柄力学特性研究11式中：M——单个果实质量，kg；V——单个果实的近似体积，m3。图2-3果实质量-近似体积关系Fig.2-3Thefunctionrelationshipbetweenfruitmassandapproximatevolume2.3果柄-枝条关节力学特性研究2.3.1材料与方法试验材料于2019年11月取自杨凌汇承果业苹果园，品种为“Pinklady”。随机选取64个无虫害成熟期挂果枝条，分成均等的两组，制成试验样本。一组用于测量柄-枝关节法向结合力，另一组御用测量柄-枝切向结合力。试验样本被运回西北农林科技大学生物力学实验室进行试验，整个试验过程在一天之内完成。以避免果实-果柄关节的力学特性发生较大变化。进行试验之前，需去除测试苹果周围的所有叶子。测量柄-枝法向结合力时夹具水平夹紧枝条，夹具上升方向与果实轴线方向平行；测量柄-枝切向结合力时夹具垂直夹紧枝条，夹具上升方向与果实轴线方向垂直（如图2-4）。调整好果实结合点处的角度，再用夹具将枝条夹紧，夹具缓慢上升将果柄拉直至果实与枝条分离，使用电子万能试验机（型号:DDL10;量程:0-10kN;制造商：SinotestEquipmentCo.,Ltd.,中国）的上位机来记录整个试验过程中拉力变化，此拉力的峰值记为台-柄关节法向和切向结合力。图2-4柄-枝关节结合力试验（a）法向结合力试验（b）切向结合力试验Fig.2-4Thetestofthebondingforcebetweenthestemandthebranch(a)thetestofnormalbondingforce(b)thetestoftangentialbondingforce
【参考文献】：
期刊论文
[1]振刷式枸杞采收机设计与试验优化[J]. 陈军,赵健,陈云,卜令昕,胡广锐,张恩宇. 农业机械学报. 2019(01)
[2]振动收获过程中杏果实脱落的动态响应[J]. 散鋆龙,杨会民,王学农,郭文松,侯书林. 农业工程学报. 2018(18)
[3]典型农业物料碰撞接触损伤机理及应用研究进展[J]. 侯俊铭,杨勇,白晶波,何涛,李金澎. 吉林农业大学学报. 2020(01)
[4]变间距梳刷式枸杞采收装置优化设计与试验[J]. 张文强,李召召,谭豫之,李伟. 农业机械学报. 2018(08)
[5]梳刷振动式枸杞收获装置设计与运行参数优化[J]. 徐丽明,陈俊威,吴刚,袁全春,马帅,于畅畅,段壮壮,邢洁洁,刘旭东. 农业工程学报. 2018(09)
[6]荔枝树枝能量传递特性与去梗式振动采摘作业参数[J]. 李斌,陆华忠,吕恩利,李君,丘广俊,尹鸿超,马亚坤. 农业工程学报. 2018(08)
[7]基于高速摄像技术枸杞振动采收运动规律的研究[J]. 王亚磊,陈云,韩冰,陈军. 农机化研究. 2018(11)
[8]适用棚架树形的鲜苹果局部对靶振动收获方法研究[J]. 付函,段洁利,陈度,王新,ZHANG Qin,王书茂. 农业机械学报. 2017(S1)
[9]基于电子果实技术的机械振动采收过程果实运动分析[J]. 杜小强,李党伟,贺磊盈,武传宇,林乐鹏. 农业工程学报. 2017(17)
[10]牵引式果园采摘作业平台果实输送系统的研究设计[J]. 杨贞,王亚龙,韩冰,靳红玲,陈军. 中国农机化学报. 2017(07)
博士论文
[1]苹果碰撞损伤机理和局部对靶振动采收方法研究[D]. 付函.中国农业大学 2017
硕士论文
[1]枸杞振动采收关键技术研究[D]. 王亚磊.西北农林科技大学 2018
[2]牵引式果园采摘作业平台设计与研究[D]. 王亚龙.西北农林科技大学 2017
本文编号：3576531
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