摘 要：振动采收是目前林果采收最重要的一种方式。树干处振动位移、加速度的响应特性直接影响着传递至果实处的能量，因而林果树干振动动态特性的研究对提高采收效率和果实采净率具有重要意义。目前国内外研究的主要方向都是针对果树树干的振动特性研究，忽略了不同果树冠型结构的影响。但其实不同的冠型结构，其固有频率的规律关系也大不相同，本文就将对不同冠型果树固有频率的规律关系以及果树树干、分枝各点的位移、速度、加速度等响应关系进行研究讨论。

关键词：振动采收；振动动态特性；果树冠型结构；频谱特性

Experimental study on canopy structure and spectral characteristics of fruit trees

Abstract：Vibration harvesting is the most important method of fruit harvesting at present. The response characteristics of vibration displacement and acceleration at the tree trunk directly affect the energy transferred to the fruit, so the study of dynamic characteristics of tree trunk vibration is of great significance to improve the harvesting efficiency and fruit recovery rate. At present, the main research direction at home and abroad is to study the vibration characteristics of fruit tree trunk, ignoring the influence of different canopy structure. However, in fact, the natural frequency regularity of different crown structures is quite different. This paper will study and discuss the natural frequency regularity of different crown types of fruit trees as well as the displacement, velocity and acceleration of the tree trunk and branches.

Key Words：Vibration harvesting;Dynamic characteristic of vibration;Fruit tree crown structure;Spectral features

1.研究的目的及意义

林果产业是现代林业的重要组成部分，林果业的快速发展不仅促进社会经济发展，而且帮助农民脱贫致富的重要途径，越来越受到政府部门的重视^[1]。我国是林果生产强国，干果产业位居世界榜首。2015年全国林果产值达4614.13亿元，产量达13749万吨，其中水果12660万吨，干果1089万吨^[2]。在林果生产中，林果采收作业是其中最耗时、最费力的一个环节，季节性强、劳动强度大、费用高，其所用劳动力占整个生产过程的35%-45%^[3]。

目前，林果采收的方法主要有手工采收、半机械化采收、机械化采收和采摘机器人四种。本文选取的研究对象是银杏树，而采摘银杏最有效的采收方式是通过机械振动收获，它的工作原理是通过一定形式的振动机构，将机械振动传递给果树，果树在受到外加的强迫振动后，也会以一定的频率和振幅振动，从而使果树果枝上的果实，以某种振动形式而加速运动，产生惯性力。当果实获得的惯性力大于果实与果枝之间的结合力时，果实就会从树枝上分离脱落，从而达到采摘果实的目的^[4]。

振动采收机械的采收效果，其实是和多种因素相关，其中包括果树的生长特性以及机械振动的工作参数等^[5]。种植区域的地理条件差别、各种果实之间的差异、果实成熟度、果柄结合力大小等因素，以及树木的高度、直径、果树冠状结构等，都会影响振动采收效果^[6]。振动采收最基本的理论是振动能量传递到果枝上转变为果实的分离力，分离力大于果柄结合力，果实脱落^[7]。而树干处振动位移、加速度的响应特性直接影响着传递至果实处的能量，所以林果树干振动动态特性的研究对提高采收效率和果实采净率具有重要意义。我们都知道，不同的果树具有不同的冠型结构，但目前国内外现有的研究，大多数都未完全考虑不同果树冠型结构的果树本身所具有的动力学特性^[1]。