冬枣为鲜食枣品的一种,具有很高的营养价值,有“百果之王”和“活维生素丸”的美誉,但冬枣收获是一个耗费劳动力的过程。为实现冬枣的机械收获,本文对冬枣机械振动收获机理进行了探索,以实现冬枣的高效率、低损伤的机械收获。主要研究内容与结果包括:(1)采用拉力计测定和高速视频分析方法研究了果实的脱离力,分析了枣果的振动脱落规律。结果表明:脆熟期、白熟期及未熟期冬枣的果实与果柄分离力存在显著性差异,同一成熟度下,果实与果柄分离力显著小于树枝与果柄分离力,且分离力随着成熟度增加而减小,故有望实现选择性收获;冬枣果实的主要脱落类型为旋倾型,15 Hz、20 Hz和25 Hz时,旋倾型类型的个数的比例分别为81%、66%和78%,故机械收获宜选用连续式振动设备。(2)旨在减少枣果在收获、分选及装箱过程中的损伤,研究了冬枣果实压缩与跌落特性。采用压缩试验和有限元仿真对不同成熟度冬枣在不同压缩方向下的弹性模量以及接触应力进行了分析。压缩试验结果表明:白熟果实的破裂力大于脆熟果实的破裂力,相同作用力下白熟期果实的压缩变形要小于脆熟期果实的变形,白熟果实和脆熟果实在横向压缩时的计算弹性模量分别为3.53 MPa和3.13 MPa,纵向压缩时的计算弹性模量分别为4.22 MPa和3.95 MPa。压缩应力云图显示:上接触面的最大应力大于下接触面的最大应力,横向压缩时,上、下表面的接触应力呈现对称分布,白熟果实和脆熟果实破裂时的平均最大应力分别为0.603 MPa和0.523 MPa;纵向压缩时,分别为0.977 MPa和0.733 MPa。采用压力传感器和信号采集器等搭建了枣果跌落特性测试平台,测试了不同高度和接触材料下果实的跌落特性。跌落试验结果表明:高度对冬枣跌落特性影响显著,随着跌落高度的增大,枣果的冲击加速度、冲击应力和冲击变形峰值都增大,且枣果的残余变形也增大,相应的损伤程度也加大。同一成熟度和相同跌落高度下,接触材料为钢板时的冲击应力峰值最大,其次是橡胶板,最小是瓦楞纸板。接触材料为钢板、橡胶板和纸板时,白熟果实跌落安全高度分别为0.41 m、0.65 m和0.68 m,脆熟果实跌落安全高度分别为0.37 m、0.50 m和0.54 m。(3)为寻找冬枣振动收获的最佳频率范围,采用频谱分析得出果树低阶固有频率,前三阶固有频率的频率范围为5~25 Hz。在此频率范围内进行振动试验,确定树枝共振频率范围为10~20 Hz。最后在共振频率范围内进行果实脱落率试验,当频率为12.5~17.5Hz之间时,脆熟果实脱落率最大。(4)为明确果树在振动过程中,树体各个部分的动态响应及其与激励大小、频率的关系,采用田间试验和振动模拟仿真对果树振动响应进行了分析。田间实验采用加速度传感器监测振动过程中树体各部分的加速度响应,仿真运用ANSYS软件模拟枣树振动过程。再将实验与模拟数据进行对比分析,得出激励与响应的关系以及试验值和模拟值的关系。结果表明:振动激励频率越大加速度值就越大。加速度试验值大都大于模拟值,平均加速度的试验值和模拟值有相似的变化趋势且相关性较好,平均相关系数为0.62,而最大加速度的试验值和模拟值相关性较差,加速度沿着树枝的底部到顶部逐渐增大。