0 引 言

随着越来越多的人们认识到蓝莓果实的营养价值和商业价值，蓝莓果树得到了广泛的培育和种植，蓝莓采摘已经成为了蓝莓产业中重要的环节之一[1-3]。 蓝莓果实小且软，生长分散，采摘环境复杂，传统的机械手等采摘方式不适用于该种浆果。在果实小且生长分散的水果和干果采摘技术中，振动式采摘是最有效、最合适的方法之一[4-9]，因此有必要研究蓝莓灌木的振动特性，提高采摘效率，降低蓝莓采摘成本，为振动式蓝莓采摘机械的研究提供理论依据，提高蓝莓采摘机械振动装置的可靠性。

国外关于果树振动的研究主要针对乔木果树，文[10]尝试将振动的乔木简化为一个弹簧阻尼系统，通过一个垂直悬臂梁的激振获得了简化质量、阻尼系数和弹簧劲度系数，研究中发现若将整个树体简化为一个悬臂梁，果树就是一个赋予一定频率的理想的弹簧系统，因此认为除了主干，一定还有其他的地方吸收了输入给果树的振动能量。Horvath 和Sitkei认为[11]树干在振动过程中，通过土壤中的根部系统吸收了很大一部分输入的振动能量，他们根据果树在不同的高度获得外部激振力产生的受迫振动研究中，推算出了果树在发生振动时虚拟偏转中心，并且发现随着外部激振高度的改变，树木的简化质量和振动时的偏转中心也会发生改变。Láng 在以上基础上提出了一种包含树干和主根在内的乔木振动模型[12-14]。

国内对灌木果树振动的研究正是处于起步阶段[15-19]，灌木在生长结构上与乔木有一定的区别，但是灌木的若干个主枝具有同一个根系，根据这一特征本文将灌木振动和乔木振动理论建立联系。

在Láng研究的基础上建立灌木振动模型， 提出灌木在振动时，除了土壤以上的枝消耗振动能量，主根及与主根粘连的土壤也消耗振动能量；利用ANSYS软件对模型进行数值模拟，得到灌木植株枝获得较大振幅的激振频率范围和激振位置，为以蓝莓为代表的小浆果采收机振动机构设计和参数设置提供理论依据和技术支持。

1 蓝莓灌木振动模型的建立

1.1 蓝莓灌木模型

灌木主枝生长具有类似性，主枝枝干较粗，主枝上生长二级枝，二级枝上生长三级枝，二、三级枝枝条与主枝相比细且硬度相对较低；振动果树时激振器作用在果树上，由于主枝较粗且硬，因此果树受到外部激振力时，认为有效作用力主要作用在主枝上，使得灌木发生振动[20]。假设灌木发生较大振动时为主枝受迫振动，各主枝都是从主根分出，将主枝简化为与主根相连的悬臂梁，悬臂梁的个数n取决于灌木品种主枝的平均数量，将每个主枝上其他分枝和果实的质量平均到主枝上，考虑果树系统在外力作用下作受迫运动时，主枝和主根不可避免存在阻尼因素，灌木植株在接受外加的强迫振动时，土壤以上的灌木主枝会消耗振动能量，与主枝相连的主根和与主根粘连的土壤也会消耗振动能量，所以当主枝发生偏转或产生弯曲变形时，与主枝直接相连的主根在土壤内部也会发生微小的变形。建立一个整株灌木振动模型[21]，除了土壤之上的主枝，还包含土壤中与主枝直接相连的主根和与主根粘连的土壤，将这一部分简化为圆台，以下简称主根，圆台底端由4组弹簧阻尼系统固定，其中弹簧编号为k1～k8，阻尼编号为c1～c8，主枝平均枝数为n，建立的模型如图1所示。

Origin of ground collapse at the Xuchang iron mine WANG Jun-qiang HU Ji-hua WANG Ling-min(12)

  

图1 灌木振动模型

1.2 灌木模型简化

振动采摘装置通常采用旋转的偏心质量块作为激振装置，通过曲柄滑块机构将动力设备的旋转运动转换成往复的直线运动，提供激振作用，由旋转偏心质量块产生的惯性力为mrω2sinωt，整个果树振动系统的动力学方程为

 

(1)

Mt=M+m

(2)

根据动能守恒定律得：

 

(3)

由式(3)可知，描述果树振幅的参数主要有激振器和果树相关参数，其中研究所用激振器不等同于实际振动采摘装置，且由于生物系统的复杂性和多样性，很难用确切的数学表达式恰当的表达果树系统的阻尼和刚度[22]，因此系统的振幅很难确定，选取外部激振频率作为研究果树植株振动的重要参数。

其中，Eff是运营效率；size为企业规模，用总资产对数衡量；ms为市场份额，由公司销售额占该行业企业总收入的比例表示；cfi表示自由现金流，用企业自由现金流与总资产的比值衡量；div为经营多样化，用营业收入来源中不同行业数量来表示；age表示上市年限；e为残差，即为所求的管理者能力变量。

一般振动采摘装置对整株灌木主枝施加的激振力作用具有一致性，假设振动器对主枝施加的激振力等效为一个等效集中激振力，等效集中激振力沿x方向分力使得全部主枝发生偏转，与主枝相连的主根也发生变形，图1中灌木模型各个方向受力及变形具有一致性和对称性，研究只考虑植株受到沿着有效激振力作用所在平面内的变形，因此在Láng的基础上，，将三维灌木振动模型简化为如图2所示的二维简化模型。图中，F(N)为等效集中激振力沿x方向分力；C为偏转中心；ρ(m)为偏转中心C距离地面的距离；y(m)为 F距离地面的距离；α(rad)为主枝偏转角度；h(m)为圆台高度；a、b(m)为圆台两底面半径；FAx1、FAx2、FBx1、FBx2(N)为圆台底端水平受力；FAy、FBy(N)为圆台底端垂直受力；O为植株上一点。

  

图2 二维简化灌木振动模型

2 灌木振动模型分析

2.1 模型振动特性分析

整株模型在接受了外加激振力后，消耗的全部能量为

当FeCrBSi添加量为1%时，试样烧结密度变化不大，孔隙较多，这是因为这时液相相对较少，表现为密度提高不大；随着添加量的增大，烧结密度提高显著，孔隙度逐渐降低，这是由于随着FeCrBSi添加量的增加，产生的液相越来越多，其几乎完全包覆在固相晶粒周围，从而使试样的致密度有较大提高，烧结密度明显提高；而当FeCrBSi添加量增至7%时，烧结密度大幅提高，但此时样品出现了一些熔融变形，且试样表面变得粗糙，这是因为形成的液相过多，颗粒致密化速度过快，且由于高温下液相中的小颗粒不断溶解，在大颗粒凹陷处不断析出，从而使大颗粒长得过大，出现烧结变形．

F=FAx2+FBx2-FAx1-FBx1

(4)

Fy=b(FAy+FBy)+h(FAx1+FBx1)-h(FAx2+Fbx2)

(5)

假设FAy=FBy，FAx1=FBx1，FAx2=FBx2，则

 

(6)

2bFAy=F(y+h)

(7)

 

(8)

设主根损耗的能量为Ur，则

 

(9)

式中：k0(N/m)为弹簧系数； x(m)为植株O点水平位移量。

主枝偏转角为

以半高丛蓝莓中具有代表性的北村灌木为研究对象，对伊春某蓝莓种植基地栽培的北村蓝莓灌木进行实地测量，获得数据如表1所示。

α≅

(10)

ρ≅

(11)

建立在某一高度处yd主枝的折算质量和主根折算质量之间的关系，其中，Md(kg)为主枝折算质量；Mr(kg)主根折算质量；yd(m)为主枝折算质量高度；ρd(m)为根据yd位置推算出的ρ值，如图3所示。

直流增益随测试时间的变化，如图7所示。从图7(a)和图7(b)可以看出，在静态条件下，5只晶体管的直流增益随测试时间的变化关系一致，将测试数据代入式(3)，得到w为0.2%，这一结果证明，研制的测试系统具有极高的稳定性，满足实验的应用要求。

  

图3 灌木整株模型的质量折算关系

式中：Mt，振动系统质量，kg；M，果树等效质量，kg；xM，系统相对平衡位置的偏移量，m；C，系统等效阻尼系数，N·sm；K，系统刚度系数，N/m；ω，激振频率，rad/s；r，质量块旋转半径，m；m，质量块质量，kg；t，时间，s。由式(1)得：

 

(12)

 

(13)

2.2 能量的损耗

张仲平心里暗笑，敢情人家把你当司机了，他不想搭理她，用手示意曾真不要说话，然后假装打着电话：“好好……那不行，行……好好。行，那不行。不是，我的意思是说……好好好，你说你说你先说……”

设主根的水平和垂直弹簧系数分别为k1和k6、k2和k5，k1=k2=k5=k6=k0，则

Ur=

 

(14)

式中：kd(N/m)为弹簧劲度系数。

在任意位置处激振主枝使其发生偏转消耗的能量Ud为：

 

(15)

式中：k(y)(N/m)为在主枝任意位置处弹簧的劲度系数。

主枝在某一高度y处接受了外加的激振力沿水平x方向分力F后，主枝发生偏转在O处产生位移x，偏转中心为C点，主根受力和力矩方程，如下：

U=Ur+Ud=

二哥非常自立、自律、自强，他时刻想着单位和别人，不管什么时候都不愿意给任何人找麻烦。2016年全年只请过一天假，这次拆迁搬家很多事都是在下班后一早一晚自己干。人无完人，不要过多地苛求自己，步入老年就是要学会放下、舍弃、宽容与宁静，我相信，快乐与健康一定会相伴二哥。

 

(16)

3 灌木模型扫频激振数值模拟

3.1 模型的建立及参数设置

释义：杼是织布用的梭子，《古诗十九首》中“札札弄机杼”，描绘的是织女织布时的场景。“投杼”则指扔掉织布用的梭子，比喻谣言众多，动摇最亲近者的信心。

由于模型中主枝和主根存在阻尼，果树接受外加的强迫振动后主枝和主根都消耗振动能量。

 

表1 北村灌木测量数据

  

项目数值项目数值植株均高/m07熟果结合力/N03～05果柄均长/m002半熟果结合力/N05～10单颗果实均重/kg0003青果结合力/N10～12单片叶片均重/kg00002叶片结合力/N>15

通过测量计算获得土壤以上主枝的折算质量为Md≈3.1 kg，主枝平均个数n=6，主枝平均长为500 mm，平均直径为42 mm，h=150 mm；a=100 mm；b=230 mm；y=250 mm。设激振力所在位置y=yd=250 mm；将上述参数带入式(13)，则

 

圆台质量近似等于24.8 kg，通过计算圆台体积为0.013 m3，获得主根密度为4.9×103 kg/m3。依据上述参数建立的整株模型如图4所示。

人行道上：口克——口克——的大响，大队的人经过，金枝一看见铜帽子就知道日本兵，日本兵使她离开点心铺快快跑走。

  

图4 整株模型

根据测量获得的数据对模型进行设置，主枝的密度为1.3×103 kg/m3，通过对主枝、副枝的拉伸试验获得，取主、副枝弹性模量的平均值为690 MPa，泊松比是0.3。设置主根密度为4.9×103 kg/m3。主根弹性模量受含水率等因素的影响，参照文献中若含水率约10%，土壤(文中主根)弹性模量为25 MPa[23]，泊松比为0.394。由于模型参数在软件中设置受到限制，将模型分为两部分即主枝和主根，将主枝插入主根内。环境温度设置为28℃。

以往的不礼貌言语分析主要在语篇层面展开，分析的材料大多是单一的文本资料，较少涉及多媒体资源。多模态话语分析的运用，能够最大程度地还原真实情境下话语互动的内容与意义。这个部分将以Culpeper(2005)的不礼貌策略以及Culpeper et al.(2003)的不礼貌回应策略为理论基础，以视频的图片截图为辅助，来阐释副语言中的视觉以及言语元素在话语意义生成中的相互作用。

3.2 扫频激振数值模拟

应用Workbench 14.5中Harmonic Response模块对整株模型进行扫频激振数值模拟[24]。将模型主根底端弹性固定，对模型的激振分为三个位置激振。位置1，靠近主枝顶端；位置2，主枝中间处；位置3，靠近主根端。环境温度设置为28℃，扫频频率是0～60 Hz，数值模拟结果如图5所示。分析可知，对整株模型的扫频激振，获得较大振幅的激振频率为15～20 Hz，获得最大振幅的激振位置在主枝中间部位。

  

图5 整株扫频振动数值模拟曲线

3.3 采摘力验证

果实在振动过程中，受到沿着果柄的惯性力法向分力Fn和垂直于果柄的切向分力Ft。研究中，认为果实与树枝的分离是在果柄的轴向拉力作用下产生的，因此研究中只考虑使果实脱落的惯性力法向分力[25]，忽略切向分力，即

Fn=ml(Al-1νcosνt)2

(17)

式中：m(kg)为果实质量；l(m)为摆长，即果柄长；A(m)为强迫振动的振幅；v(rad/s)为强迫振动的角频率。

根据仿真获得的激振频率范围15～20 Hz，代入式(17)中，可知，采摘力的范围介于0.3～0.5 N之间，采摘力大于熟果与母枝的结合力，小于青果和半熟果与母枝的结合力，仿真获得的频率范围可以作为蓝莓采摘振动装置工作参数的参考值，因此建立的蓝莓灌木振动模型可以指导实际蓝莓采摘，该模型适用于主枝与土壤紧固，副枝从主枝近根端到主枝顶端均布的其他类似小浆果灌木。

强烈的竞争意识和良好的合作精神是所有学科的研究生必备的能力和品质。教师应从多角度培养研究生的竞争意识，鼓励研究生树立符合自身条件的目标和理想，使研究生在有序的良性竞争环境中逐渐培养起竞争意识。导师应善于打造团结、进取、创新的学术研究队伍，既让每个学生都有机会发展自己的潜能、展示自己的才华，又让研究生学会相互体谅、相互帮助、相互合作，从而培养研究生的自我实现意识、竞争能力和团结协作能力，使他们在研究生学习期间能很好地融入学术研究团体，毕业后能顺利融入复杂且不断变化的社会群体，在不断实现个人价值的同时，为社会发展做出积极贡献。

4 结 论

1)建立了一种包括主枝、主根及与主根粘连的土壤在内的蓝莓灌木振动模型，灌木振动时主枝、主根及与主根粘连的土壤都消耗振动能量；该模型可以通过主枝折算质量计算主根质量。

2)对建立的蓝莓灌木振动模型进行了参数化设置，利用该模型扫频激振数值模拟可以得到主枝获得足够振幅的激振频率范围和激振位置，研究所得结论可以指导蓝莓果实采摘工作参数的设置。

3)通过对蓝莓灌木振动特性的分析，为以蓝莓为代表的小浆果灌木振动特性以及振动式浆果采收机的研究提供理论依据和技术支持，对其他类似小浆果振动式科学采摘的推进具有重要的意义。

参 考 文 献:

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