色素辣椒振动收获机理与试验研究

【摘要】：为了有效地提高色素辣椒的收获效率,针对目前国内色素辣椒收获装置分离率低、破损率高等问题,本文基于国内外色素辣椒收获装置的研究基础,结合新疆维吾尔自治区色素辣椒的农艺要求,研究色素辣椒的振动收获机理。通过对色素辣椒物料学特性的研究,提出色素辣椒振动分离的机理。针对提出的色素辣椒振动分离机理,进而设计田间振动收获试验,研究振动收获机理关键参数,具体研究内容如下:(1)开展了色素辣椒植株及果实物料学特性的测定与果柄拉断力试验研究。选取“韩国板椒”作为试验样品,测定几何特性,发现色素辣椒果实靠近果柄部位直径最大,距果柄距离增大,果实直径随之减小,因此可以将色素辣椒果实近似看作圆锥体。对色素辣椒果实进行果柄拉断力试验,结果表明:完全成熟、半成熟以及未成熟果实的果柄平均拉断力分别为9.0N、12.5N及15.8N,即果柄拉断力与成熟度呈负相关;第一级枝条果实、第二级枝条果实及第三级枝条果实的果柄拉断力区间分别为8.3～9.7N、5.1～6.8N及9.1～16.8N,即第三级枝条果实果柄拉断力值最大。(2)开展了色素辣椒振动分离机理的研究。针对枝条与果柄的分离运动过程,建立了“果柄-枝条”的动力学模型,进行动力学分析得知振动频率、振动幅度及振动时间影响色素辣椒分离率,并得到色素辣椒分离条件:色素辣椒的法向惯性力大于果柄与枝条之间的结合力,利用振动收获机械工作原理确定因素水平范围。针对各因素进行试验研究,并进行振动分离试验,以验证数学模型的准确性。通过各因素试验得到各因素与分离率、破损率的变化趋势规律,通过分析得到回归方程,其中决定系数均大于0.95。验证试验表明:在较优因素组合条件下,分离率与破损率分别为89.76%、2.56%,平均法相惯性力F_n为19.12N,大于测得的理论结合力F_0:16.8N,符合F_nF_0,得出振动幅度、振动频率及振动时间对色素辣椒的分离率及分离条件有显著的影响。(3)开展了色素辣椒振动收获的田间试验。通过田间单因素试验确定试验因素的水平选取范围,得到振动时间的工作范围为10～20s、振动幅度的工作范围为76～116mm、振动频率的工作范围为10～15Hz。以振动时间、振动幅度、振动频率为试验因素,以色素辣椒分离率和破损率为试验指标,开展田间响应曲面试验,并得出较优组合。进行较优组合参数调整后,在振动时间15s、振动幅度91mm、振动频率13.5Hz的条件下进行验证试验,得到色素辣椒振动收获装置的分离率为91.06%、破损率为1.75%,满足作业要求。