基于振动采摘的苹果树枝干动力学特性

作者：刘晓雯; 郭彩玲^*

来源：林业工程学报, 2021, 6(03): 120-126.

DOI：10.13360/j.issn.2096-1359.202009017

• 振动采摘
• 苹果树
• 枝干
• 动力学特性
• 共振频率
• 固有频率

利用合理频率实现苹果的振动采摘,可提高采摘效率,大大减轻苹果及枝条的损伤,有利于苹果的存储及运输。基于小变形理论,在欧拉-伯努利梁理论基础上,采用基于地面的三维激光扫描仪和基于标靶球的KD-trees-ICP算法,建立果树的动力学模型。应用有限元方法,建立苹果树枝干更精确的有限元模型并进行仿真分析,得到了苹果树固有频率及不同振动频率下不同直径枝条的频率响应曲线。研究结果表明:激振力作用下,枝条的振动具有一定的不相关性,且随着激振频率的增加,振动动能的传输更有效;通过模态分析,得到苹果树前12阶固有频率为1.92～5.35 Hz;谐响应分析中,把枝条归纳成Φ5～11 mm和Φ12～15 mm两种直径范围,并得到了两种直径范围枝条的最佳激振力频率分别为2.08和4.48 Hz。现场试验表明,不同直径枝条的共振频率与仿真得出的固有频率相对应,且数值很接近,最大偏差为3.7%,验证了仿真模型中除去二级枝条及其上苹果的简化处理的合理性及应用文中所述的仿真方法得到的最佳振动频率的准确性。研究结果可为苹果的振动采摘和采摘设备的研发提供理论基础。

• 单位
  唐山学院