基于高速摄像技术的振动落果惯性力研究

【目的】研究果实在激振力作用下脱离枝干的运动规律、果实振动脱落时的加速度和脱落惯性力,为振动式果品收获机的研制提供理论依据。【方法】运用果树振动装置进行了杏果侧枝振动落果试验,采用高速摄像仪对分离过程进行了跟踪拍摄,通过Phantom控制软件对图像进行跟踪、捕捉、分析和计算,探寻杏果实在脱离枝干过程中瞬时速度的变化规律。【结果】杏果实脱离枝干过程中瞬时速度的变化表现为增大-减小-匀速运动-杏果实与枝干完全分离,杏果实与所在枝干的相对瞬时速度最大达到1.723m/s,杏果实的脱落加速度最大为4.270×102 m/s2,脱落惯性力最大为5.124N。【结论】脱落惯性力是杏果实脱离枝干所需的最小作用力,其是确定振动式果品收获机在收获果实的过程中作用于枝干激振力大小的理论依据,也是振动式果品收获机其他性能指标的理论参考。确定适当的激振力,可以保证振动式果品收获机在采收过程中果实的采净率高,同时对果树的损伤最小。

受迫振动下杏果实树枝能量传递初探

【目的】研究果树在外激励载荷作用下树枝能量的传递过程,揭示振动采收果实的落果机理,为机械振动式采收技术的应用提供理论依据。【方法】由机械式激振器为果实树枝提供振源进行振动采收,通过高速摄像仪对整个采收过程进行记录,再用高速摄像仪的Phantom控制软件对整个试验过程进行详细的分析研究,获得树枝能量传递的一般规律。【结果】果实距离树枝分叉近的地方先脱落;各采样点以距离激振源远近依次达到能量的最大值且峰值依次降低,能量峰值大约损失了15%;树枝Ⅰ与主枝的夹角为42°时获得的峰值动能较树枝Ⅱ与主枝的夹角为80°的峰值动能大40%,且角度小果实也先脱落。【结论】能量以能量波的模式在树枝中传递,在传递过程中具有滞后性和能量的损失;果枝粗细对动能的传递有较大影响,细枝上的果实脱落所需时间较长;树枝与树干的夹角越小,各采样点在摆动方向获得的动能越大,越有利于果实脱落。