树莓振动采收工作参数的优化研究

1 试验材料与方法

1． 1 试验材料
选择东北农业大学园艺试验站种植树莓品种为托拉蜜(Tulameen)样本，此品种树莓果实中等大小、聚合果粒紧凑。两品种树莓成熟期约在 7 － 9 月，试验于2014 年8 月1 －6 日在园艺试验站完成。

1． 2 试验装置
试验装置采用自制的偏心连杆式振动装置，如图1 所示。振动频率通过变频器改变电动机转速来进行调节，振幅大小通过改变偏心轮的偏心距来进行调节，振动位置通过果枝夹头夹持果枝不同位置来进行调节。浆果质量采用电子分析天平(型号 Sarto-rius BS2202S，精度 0． 01 g) 进行测量。

1． 3 试验方法
树莓的果实成熟期不一致，需分批采收。采收过程中，应对成熟的浆果尽可能全部采收，而对不成熟的青果应避免采收，这是因为不成熟青果的采收将直接影响浆果的产量及品质。选取浆果采收率 y1和浆果采青率 y2为性能指标，其计算公式为

其中，m1为已实现采收的成熟果实的质量(g);m2为果树上未采收的剩余成熟果实的质量(g);m3为采收的未成熟果实的质量(g)。
振动采收时，树莓果枝某处受到果枝夹头的振动作用，振动通过果枝传递给各个浆果。当浆果受到的惯性力大于浆果与果枝的连接强度时，浆果脱离果树完成采收。浆果激振力的大小主要由振幅和频率决定。树莓果实主要分布于果枝的中上处，果枝振动夹持位置影响振动传递的效率。本试验选取振动位置、振幅、频率为影响因素，其中振动位置用果枝夹持位置距离地面高度与果枝长度的比值来表示。试验采用二次正交旋转组合试验方法，试验因素与水平编码表如表1 所示，试验方案如表2 所示。共进行23 组试验，每组试验重复 3 次，取 3 次试验的平均值作为该组试验结果。




2 试验结果分析与优化

2． 1 浆果采收率
对浆果采收率进行方差分析，在置信度 α =0． 05下，模型极显著，而失拟项残差项不显著，回归数学模型与实际结果拟合良好。剔除模型中不显著项，获得浆果采收率的回归数学模型为

振动位置 x1、振幅 x2、频率 x3各因素对浆果采收率的贡献率分别为 Δx1= 1． 43、Δx2= 1． 82、Δx3= 1．53，各因素对浆果采收率的影响强弱顺序为:振幅 x2、频率 x3、振动位置 x1。
各因素对浆果采收率的响应曲面如图 2 所示，各因素之间无交互作用。


由图2(a)可知:随着振幅的增大，浆果采收率明显增加。当果枝夹持处的振幅增大时，果枝各给位置的振幅也随之增大，浆果受到的惯性力同时增大;当惯性力大于果柄与浆果连接强度时，果实与果柄脱离，完成采收。由图 2(b)可知:当振动频率增大时，单位时间内对果枝的振荡次数增加，果实受到更多的振荡，惯性力增大，采收率增大。由图 2(c)可知:随振动位置的升高，采收率逐渐增大;在采收率达到最高值后变化平缓，是由于大部分的果实位于果枝的中上部，振动位置的升高使大部分果实受到有效的激振作用而实现较高的采收率。

2． 2 采青率
对采青率进行方差分析，在置信度 α =0． 05 下，模型极显著，而失拟项残差项不显著，说明所得的回归数学模型与实际结果拟合良好。剔除模型中不显著项，获得采青率的回归数学模型为

振动位置 x1、振幅 x2、频率 x3各因素对采青率的贡献率分别为Δx1= 1． 71、Δx2= 1． 87、Δx3= 1． 62。由此可得各因素对采青率的影响强弱顺序为:振幅 x2、振动位置 x1、振动频率 x3。
各因素对采青率的响应曲面如图3 所示：


由图 3 可知:各因素之间并无交互作用。由图 3(a)和图3(b)可知:随着振荡频率和振幅的增加，果枝在单位时间内受到的振荡次数和振荡幅度增加，果实受到较大的激振力;当激振力大于果柄惯性力时，果实脱离果柄，采青率呈明显增大的趋势。由图 3(c)可知:在前半段，随着振动位置的升高，采青率基本不变;在后半段，随着振动位置的升高，采青率逐渐增加。由于大部分的未成熟果实位于果枝的端部，振动位置升高果实所受激振力增大，采青率增加。

2． 3 参数优化
选取振动频率为 8 ～ 33Hz，振幅为 6 ～ 50mm，振动位置为0．5，使采收率大于70%、采青率小于 16%，进行优化。结果表明:当振动频率为 15 ～19Hz、振幅为21 ～26mm、振动位置为 0． 5 时，采收率大于 70%，采青率小于16 %，如图4 所示。于2014 年8 月15 日在东北农业大学园艺试验站进行验证试验，试验选取振动位置为0．5、振幅为23mm、振动频率为18Hz，取5次试验的平均值，试验结果为采收率 72． 3%、采青率15． 7% 。


3 结论
1) 采用二次正交旋转组合设计试验，建立了振动位置、振幅、频率与果实采收率、采青率间的数学模型。各因素对浆果采收率的影响强弱顺序为:振幅x2、频率 x3、振动位置 x1。各因素对采青率的影响强弱顺序为:振幅 x2、振动位置 x1、振动频率 x3。
2) 当振动频率 15 ～ 19Hz、振幅 21 ～ 26mm、振动位置0．5 时，采收率大于70%，采青率小于16%。
参考文献（略）