振动激励下枸杞多级分枝能量传递特性分析与低损伤采收机制研究

本文针对枸杞机械化采收中振动能量传递机制不明及枝条损伤风险高的问题，通过建立数学模型结合MATLAB仿真与实验验证，系统分析了分枝长度比、直径比及夹角对能量传递效率的影响。研究发现次级分枝加速度在765.36~1224.58 m/s2范围内可实现有效采收，且通过三级分枝振动可降低48.16%~79.75%激振力，为低损伤枸杞振动采收装备设计提供了理论依据。

　　

Highlight

MATLAB仿真结果

通过调整MATLAB多体动力学仿真模块中的Revolute Joint旋转关节以改变主次分枝间夹角（调整间隔5°，范围0~90°），数据处理后输出结果如图7所示。仿真结果表明，枸杞主次分枝夹角θ与加速度比A_r呈显著负相关。当θ从0°增至90°时，A_r从1.0降至0.21，表明分枝夹角增大会非线性抑制振动能量传递效率。

讨论

本研究在理想条件下建立数学模型并开展仿真，将枸杞分枝简化为典型二级分叉结构，与实际存在差异。实际采收中，枸杞主枝连接多个分枝，且存在小枝、叶片及果实。分枝数量、空间分布及果实负载的差异可能导致能量传递路径复杂化，未来需进一步开展多分枝耦合动力学研究。

结论

通过建立枸杞主次分枝数学模型，结合MATLAB多体动力学仿真揭示：主次分枝长度比l₁/l₂、直径比平方(R₁/R₂)2与能量传递效率正相关。柔性加速度传感器与高速相机对比试验表明传感器数据可靠性高，且分枝夹具角度优化可显著提升能量传递精度。研究结果为枸杞低损伤振动采收装备的结构设计提供了理论基础。