基于振动响应与能量传递分析的咖啡选择性机械采收参数优化研究

《Scientific Reports》：Optimization of vibration parameters for selective coffee fruit harvesting on the basis of branch energy transfer characteristics

　　

摘要

为了确定选择性咖啡采收的最佳振动参数，分析了咖啡果实-枝条系统的振动响应和能量传递。建立了果实-果梗系统的受迫振动模型，以基于成熟度相关的连接力确定成熟果实脱离的临界加速度。通过结合枝条结构和力学特性，建立了枝条-振动器系统的刚柔耦合动力学模型。单因素模拟评估了频率、振幅和激振位置对动能传递的影响。最大动能随振幅增大从0.162 J增加到0.987 J，在激振位置为47.98 mm时达到1.142 J。60–80 Hz频率范围提供了高且可控的能量传递，同时满足成熟果实脱离所需的临界加速度。随后使用试验平台进行二次回归正交旋转试验，以成熟、半熟和未熟果实的采收率为响应变量。多目标优化得到频率、振幅和激振位置的最佳参数分别为75.75 Hz、8.18 mm和109.54 mm。在75 Hz、8 mm和109 mm条件下进行的验证试验，成熟、半熟和未熟果实的采收率分别为94.62%、8.84%和6.79%，满足预定要求。这些结果为机械化咖啡采收设备的设计和参数优化提供了理论依据。