桑葚振動跌落特性分析

桑葚振動跌落特性分析研究背景與目的桑葚采摘作業(yè)是桑葚產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，在桑葚機械化采摘設(shè)備的應(yīng)用中，適用性相對較強的機械振動式采摘設(shè)備是通過振動激勵作用對桑葚果樹實施激振并產(chǎn)生一定的慣性力作用從而使果實脫落，而使用基于振動原理的設(shè)備缺乏相對完善的基礎(chǔ)理論參數(shù)，因此通過對桑葚振動跌落特性的研究找出這些設(shè)備應(yīng)采用的參數(shù)數(shù)據(jù)，是合理使用采摘設(shè)備、提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵。設(shè)計制定出一套可行性好完善度相對較高的桑葚振動脫落特性測試系統(tǒng)，并為振動式桑葚采摘設(shè)備的使用提供較完善的理論參數(shù)數(shù)據(jù)。試驗設(shè)計為了全面分析不同激振方式下桑葚果樹的受迫振動形式與采摘效果，本試驗選用兩種試驗方法，分別是力錘撞擊試驗與機械搖振試驗。一、力錘撞擊試驗

通過對果樹側(cè)枝施加瞬時激振力的形式，采集數(shù)據(jù)觀察分析此激勵形式下果樹的振動響應(yīng)情況，同時觀察桑葚的摘落效果，共三組。（1）研究不同激振力度對側(cè)枝各個測點的振動加速度響應(yīng)的影響。（2）找出桑葚果樹側(cè)枝的振動固有頻率，分析果實脫落率與激振力的關(guān)系。試驗元器件的使用試驗裝置連接圖傳感器布置測點位置參數(shù)測點與側(cè)枝根部距離mm直徑mmP120051.2P245047.5P365045.7采集得到的數(shù)據(jù)信息力傳感器圖

加速度時域圖數(shù)據(jù)處理分析

該部分主要從振動烈度和頻譜分析兩方面著手，對振動加速度響應(yīng)信號進行分析處理用于實現(xiàn)加速度轉(zhuǎn)換為振動烈度的計算。將傳感器采集所得的加速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為速度經(jīng)過積分及換算最終得出振動烈度值。方法一：振動烈度matlab振動烈度計算程序振動烈度計算圖XYZP1145.2875111.014289.2143P2197.862143.264893.8735P3245.8262174.8132104.4623XYZD1182.2635138.9673101.8697D2237.6021231.4762113.3428D3273.2516253.1835173.9084XYZE1255.8212201.758165.2637E2278.7812251.8356178.2534E3291.6354241.2536192.0869整理后可得到各測點三個軸向的振動烈度值表格，并將每個軸向隨測點的振動烈度變化做成折線圖

由圖可看出當力錘作用力約為275N時，隨著測點距側(cè)枝根部距離逐漸增大，X、Y軸向振動烈度逐漸增大，Z軸振動烈度較平穩(wěn)測點3（據(jù)側(cè)枝根部距離650mm）的X、Y、Z向振動烈度最大，X軸向振動烈度約為245.83mm/s2，Y軸向振動烈度174.81mm/s2，Z軸向烈度為104.4623mm/s2；當力錘作用力約為445N時，隨著各測點位置距側(cè)枝根部距離增大，X、Z向振動烈度增強趨勢較為平穩(wěn)，而Y向烈度增長趨勢減緩，表明當能量傳至測點3時能量有一定的衰減，測點3振動烈度仍較強;而當力錘作用力約為595N時，X、Z兩個軸向的振動烈度逐漸增大，Y軸向振動烈度在由測點2至測點3時有一定程度的減小，表明能量傳遞至測點3時損失較大。第一組275.246N第二組445.284N第三組595.375N力/N落果率275.24612.30%445.28462.10%595.37571.40%落果率隨著激振力的增大而增大，當作用力約為275N時，落果率只有12.3%，各軸向振動烈度也較?。划斪饔昧_到445N時，落果率達到了62.1%，當力增至595N時，落果率為71.4%，相對較高，但此時，由于振動烈度過大，對樹體側(cè)枝損傷較明顯。方法二：頻譜分析使用DH5920動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)進行快速傅里葉變換（FFT），轉(zhuǎn)換為頻域圖顯示，對9個通道相連接的三個三軸傳感器進行頻譜觀測分析，并對每個通道的頻域圖選取三個振幅最高的點位并記錄所對應(yīng)的頻率值。得出各通道的典型加速度曲線、傅里葉譜圖如圖：12317.6311.69513.61724.88312.6957.81338.988.782.6745.855.1126.47537.1176.2487.76562.934.355.39791.79757.6170.855832.77334.21929.53693.9726.4725.362三個振幅最高點頻率表單位Hz12317.6311.69513.61724.88312.6957.81338.988.782.6745.855.1126.47537.1176.2487.76562.934.355.39791.79757.6170.855832.77334.21929.53693.9726.4725.36212319.4311.53714.73824.94712.2137.95637.9818.8471.2748.857.1119.44576.54681.34992.76566.574.878,.34732.83516.42712.419838.75812.83511.573914.3418..4727.35112318.35212.64711.78225.3618.9319.24139.2148.6475.34146.8326.2533.143516.34193.25118.42766.8312.4528.461718.4257.24112.62788.3622.7489.26397.3819.3618.468對三組分別進行頻譜分析可整理得出三組振幅最高點頻率表，（注：實際計算只取每組的第一列最高點，進行篩選去掉過高過低的點位后求平均值得出果樹的固有頻率約為9.5Hz）二、機械搖振試驗

機械搖振試驗是由頻率可調(diào)控、不同振幅的機械式搖振裝置施加激勵作用，所輸入的是持續(xù)激勵信號，該裝置通過控制轉(zhuǎn)速達到調(diào)控頻率的作用，通過鐵質(zhì)鉤狀觸頭與側(cè)枝接觸，電機振動帶動觸頭運動，通過觸頭的激振作用使樣品果樹側(cè)枝做受迫振動，從而產(chǎn)生搖振效果。激振前后對落果數(shù)量進行計數(shù)整理并計算落果率，觀察振幅、頻率與脫落情況的關(guān)系。該裝置由往復(fù)式電鋸改裝而成，采用最常見的曲柄連桿機構(gòu)傳動，。觸頭更換為鐵質(zhì)鉤形觸頭，在此基礎(chǔ)上增加一個轉(zhuǎn)速控制顯示裝置，可通過控制轉(zhuǎn)速來控制激振頻率。而振幅的改變是通過使用三個不同型號的搖振裝置來實現(xiàn)機械式搖振裝置機械式搖振試驗裝置試驗時由機械搖振裝置的前端觸頭與側(cè)枝硬接觸。激振振幅選擇了12mm、18mm、28mm兩種搖振裝置，12mm裝置頻率控制為15Hz、21Hz，18mm和28mm裝置選用9Hz、11Hz、13Hz、15Hz、17Hz、21Hz，激振時間6s，對激振前后的熟果落果情況進行計數(shù)并記錄數(shù)據(jù)，觀察桑葚果實摘落效果。方案振幅轉(zhuǎn)速頻率熟果熟果落果未振落熟果收獲率12mm12001544103422.7%18002137142337.8%18mm120092432112.5%135011102505249%150013121952678.5%165015110902081.8%1800173930976.9%1950215445983.3%28mm950941132931.7%1100111961331.5%11551320101050%12151565392660%1350174537882.2%1550218579692.9%結(jié)論:（1）隨著激振頻率的增大，落果率逐漸增加，樣品桑葚果樹側(cè)枝上振動加速度響應(yīng)逐漸增大（2）振幅為12mm時振動效果較平緩，落果率較低，頻率為15Hz時落果率22.7%，頻率為21Hz時落果率為37.8%，摘落效果相對較差。而振幅為18mm和28mm的搖振裝置在同頻率下落果率相對較高，脫落效果更好。（3）振幅為18mm的搖振裝置在小于11Hz時落果率較低，為31.5%左右，在11-21Hz范圍內(nèi)，落果率隨頻率的增加大幅增長，15Hz時落果率達