刘晓雯，郭彩玲

(唐山学院，河北省智能装备数字化设计及过程仿真重点实验室，河北 唐山 063000)

苹果振动采摘的工作原理是借助振动发生器在苹果树的树干、主枝上施加周期性的载荷，通过各级分枝、果柄传递给苹果使其按一定的方式振动，当振动产生的惯性力超过苹果与果柄的分离力时，苹果在与果枝或果柄最弱的连接点脱离，从而完成采摘[1-3]。由此可见，苹果能否在适当的载荷形式与大小的作用下，达到最佳振动状态，主要取决于苹果振动时产生的惯性力，而惯性力的主要影响因素是加速度，因此研究加速度响应是苹果树动力学研究的重点。

本研究建立了果树的动力学模型和有限元模型，并采用有限单元法，对苹果树进行模态和谐响应分析，确定了苹果振动采摘时施加给不同直径范围的树枝干的最佳激振频率。

1 建立果树模型

本研究采用锚固形式为固定约束方式。由于振动时苹果树树叶产生的黏性阻尼非常复杂[4]，故将系统阻尼等效为Rayleigh阻尼。主要分析无叶苹果树枝干的动力学特性。

在河北省迁安市太平乡尚庄苹果采摘基地(118.8°E，39.9°N)，随机选择自然生长状态下树龄约5 a的自由纺锤形宫藤富士苹果树3棵，树高3.4～3.8 m，主干高75～85 cm，株距2.5 m，行距5 m，行间生草，土壤为尚庄苹果采摘基地的有机土壤，种植期间灌水条件良好，春季修剪。考虑果树被周围其他果树遮挡，影响点云质量，采用Trimble TX8三维激光扫描仪分别对3棵目标果树在以树干为圆心，半径约4 m的区域实施五站式扫描。……