基于雙擺模型的油茶果冠層振動參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)

伍德林 趙恩龍 姜 山 丁 達(dá) 劉洋洋 劉 路

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 合肥 230036)

0 引言

我國油茶種植面積已達(dá)4.53×106hm2,茶油產(chǎn)量627 000 t，油茶產(chǎn)業(yè)有效帶動近200萬貧困人口脫貧增收[1]。近年來，我國油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是配套的收獲設(shè)備沒能跟上其發(fā)展，油茶果采摘完全依靠人工，作業(yè)效率低，成本高，成為油茶產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的瓶頸[2-5]。因此，應(yīng)采用機(jī)械化作業(yè)以解決阻礙油茶產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的難題。

利用振動方式對林果進(jìn)行機(jī)械化收獲作業(yè)是提高整個林果生產(chǎn)率的有效手段之一[6-7]，國內(nèi)外已對林果收獲的振動參數(shù)與收獲效果進(jìn)行了相關(guān)研究[8-13]。UPADHYYAYA等[14]利用單擺模型對果-柄系統(tǒng)進(jìn)行了振動模態(tài)與分析；RAND等[15]通過雙擺模型對“枝-果-柄”間的耦合振動關(guān)系進(jìn)行了研究；LNG[16-18]建立了單自由度櫻桃樹模型，在振動激勵后對櫻桃樹的響應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)的建模與分析，結(jié)果表明櫻桃振動收獲與周期性水平和垂直平面位移有關(guān)。CASTRO-GARCA等[19]對不同振動頻率、振動時間和振動次數(shù)等參數(shù)對松子機(jī)械化收獲的影響進(jìn)行了研究，在保證果樹枝條和樹皮所受損傷最小的情況下，獲得了最佳的收獲效率。ARISTIZBAL等[20]研究振動頻率、振幅、振動時間以及振動激勵位置對成熟咖啡果實(shí)采收率的影響。伍德林等[21-22]建立油茶果振動脫落模型并求解，得出影響油茶果脫落的主要因素為振幅、頻率、作用時間和夾持位置，并設(shè)計了搖枝式油茶果采摘裝置，通過田間試驗(yàn)得到最優(yōu)油茶振動收獲參數(shù)組合。散鋆龍等[23]為研究果實(shí)脫落的運(yùn)動狀態(tài)，建立了三自由度的果實(shí)-枝條雙擺系統(tǒng)，分析果實(shí)在空間運(yùn)動的軌跡接近橢圓形。

綜上所述，國內(nèi)外針對林果的收獲已提出了單擺、雙擺等數(shù)學(xué)模型并通過試驗(yàn)得到了相應(yīng)最優(yōu)振動參數(shù)，但針對油茶樹冠層振動采摘的研究主要集中在激振裝置的設(shè)計和優(yōu)化。本文以湘林210品種油茶為研究對象，建立油茶“果實(shí)-枝條”雙擺動力學(xué)模型，對動力學(xué)模型進(jìn)行求解并分析油茶果實(shí)、花苞脫落條件。通過ADAMS軟件對油茶果冠層振動采摘進(jìn)行仿真，采用Design-Expert 11.0.4 軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化；通過田間試驗(yàn)對理論分析結(jié)果加以驗(yàn)證，以期得到油茶果冠層振動參數(shù)最優(yōu)組合。

1 油茶“果實(shí)-枝條”雙擺動力學(xué)模型

目前對油茶果振動采收產(chǎn)生影響的振動參數(shù)主要有振動時間、振動頻率和振幅[24]。針對湘林210油茶樹實(shí)際生長狀況建立油茶“果實(shí)-枝條”雙擺模型，對其固有頻率進(jìn)行理論分析。

1.1 雙擺動力學(xué)模型建立

油茶屬于花果同期作物，且實(shí)際生長情況相對特殊，果實(shí)生長方向隨機(jī)，主要生長形式以果實(shí)垂吊生長在單獨(dú)的細(xì)枝上，如圖1a所示，受迫振動時隨枝條運(yùn)動。在動力學(xué)研究中，由于油茶果柄長度在3～5 mm之間，可視其為無柄果實(shí)[8]。將其簡化為油茶“果實(shí)-枝條”雙擺模型，如圖1b所示。

油茶“果實(shí)-枝條”雙擺動力學(xué)模型系統(tǒng)受迫振動過程中主要有4種運(yùn)動方式：枝條相對主枝擺動和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動、果實(shí)相對枝條擺動和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動[22]。若忽略果柄和空氣阻力的影響，將枝條視為剛性桿，將油茶果柄和果實(shí)視為質(zhì)心為c的實(shí)心球體。分別以油茶枝條和主枝、果柄和枝條的連接處為原點(diǎn)建立具有4個自由度的雙擺動力學(xué)模型，簡化后雙擺動力學(xué)模型如圖1b所示。

拉格朗日方程為

(1)

其中

式中T——動能，JU——勢能，J

V——瑞利耗散函數(shù)qi——廣義坐標(biāo)

Qi——外力，N

α——枝條與垂直方向的夾角，rad

β——果實(shí)質(zhì)心與垂直方向的夾角，rad

γ——果實(shí)與枝條扭轉(zhuǎn)的夾角，rad

σ——枝條與主枝扭轉(zhuǎn)的夾角，rad

Qα、Qβ、Qσ、Qγ——模型所受外力，N

油茶“果實(shí)-枝條”雙擺動力學(xué)模型系統(tǒng)的總動能為

(2)

式中m——枝條質(zhì)量，kg

M——果實(shí)質(zhì)量，kg

l——枝條長度，mm

R——果實(shí)半徑，mm

r——枝條半徑，mm

油茶“果實(shí)-枝條”雙擺動力學(xué)模型系統(tǒng)由彈性撓度和重力所產(chǎn)生的勢能為

(3)

式中g(shù)——重力加速度，取9.8 m/s2

K1——枝條彈性系數(shù)，為常數(shù)

K2——枝條與果實(shí)連接處彈性系數(shù)，為常數(shù)

K3——果實(shí)與枝條間扭轉(zhuǎn)彈性系數(shù)，為常數(shù)

K4——枝條與主枝間扭轉(zhuǎn)彈性系數(shù)，為常數(shù)

油茶“果實(shí)-枝條”雙擺動力學(xué)模型系統(tǒng)的瑞利耗散函數(shù)為

(4)

式中C1——枝條粘性阻尼系數(shù)，為常數(shù)

C2——枝條與果實(shí)連接粘性阻尼系數(shù)，為常數(shù)

C3——果實(shí)與枝條扭轉(zhuǎn)粘性阻尼系數(shù)，為常數(shù)

C4——枝條與主枝扭轉(zhuǎn)粘性阻尼系數(shù)，為常數(shù)

將式(2)～(4)代入式(1)可得油茶“果實(shí)-枝條”雙擺動力學(xué)模型系統(tǒng)在振動過程中的動力學(xué)微分方程組為

(5)

1.2 雙擺動力學(xué)模型求解

由于油茶樹冠層振動過程中，主要是振幅和振動頻率的變化，當(dāng)雙擺在微幅振動過程中，α、β的角度變化很小，所以α與β的差值趨近于零[25]，即

(6)

若不考慮枝條和果實(shí)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，只考慮其平面運(yùn)動，忽略粘性阻尼系數(shù)和彈性系數(shù)，將式(6)代入式(5)化簡可得

(7)

當(dāng)外力為零時，將式(7)寫成矩陣形式為

(8)

若式(8)存在非零解，則特征矩陣的行列式為零，即

(9)

化簡得

(10)

則頻率為

(11)

式中f——系統(tǒng)固有頻率，Hz

ω——系統(tǒng)擺動角速度，rad/s

以湘林210油茶為試驗(yàn)對象，每組選20個樣本，共進(jìn)行3組試驗(yàn)。通過試驗(yàn)測得油茶果實(shí)質(zhì)量在25.8～62.6 g，平均值為44.2 g，枝條質(zhì)量在13.5～26.7 g，平均值為20.1 g，油茶果半徑在16.4～25.2 mm，平均值為20.8 mm，油茶枝條長度在10.3～30.7 mm，平均值為20.5 mm。

將上述參數(shù)平均值代入式(10)、(11)，可得油茶果實(shí)-枝條振動系統(tǒng)的固有頻率為0.42、7.18 Hz。

1.3 油茶果實(shí)和花苞脫落形式與條件

油茶樹冠層振動采摘作業(yè)過程中，油茶果實(shí)、花苞脫落的形式主要以果實(shí)-枝條、花苞-枝條連接處分離脫落為主，且隨著油茶果實(shí)和花苞成熟度的增加，果實(shí)和花苞更容易掙脫“果實(shí)-枝條”、“花苞-枝條”結(jié)合力而脫落[26]。油茶果實(shí)、花苞能否成功脫落取決于振動裝置施加的振動能量傳遞到果實(shí)、花苞處時油茶果實(shí)、花苞所產(chǎn)生的慣性力，即油茶果實(shí)、花苞的慣性力越大越容易脫落。油茶果實(shí)受力分析如圖2所示。

油茶果實(shí)受迫振動所產(chǎn)生的慣性力F，可分解為法向拉應(yīng)力和切向切應(yīng)力，即

(12)

式中Ft——切向切應(yīng)力，N

Fn——法向拉應(yīng)力，N

an——法向加速度，m/s2

at——切向加速度，m/s2

對油茶果實(shí)受力分析可知：當(dāng)“果實(shí)-枝條”間的結(jié)合力Fc沿法向加速度an方向的分力小于果實(shí)產(chǎn)生的慣性力F的法向分力Fn與果實(shí)重力FG法向分力的合力，油茶果實(shí)-枝條間的結(jié)合力Fc沿切向加速度at方向的分力小于果實(shí)產(chǎn)生的慣性力F的切向分力Ft與果實(shí)重力FG法向分力的合力時，油茶果實(shí)發(fā)生脫落，即

(13)

實(shí)際振動收獲過程中，α與β的差值趨近于零。忽略果實(shí)重力的影響，將式(6)、(12)代入式(13)，整理簡化得

(14)

由此可知，油茶果實(shí)脫落加速度條件為

(15)

式中a——脫落加速度，m/s2

成熟期的湘林210油茶果實(shí)-枝條之間的平均抗拉應(yīng)力為18.88 N[24]；油茶花苞平均抗拉應(yīng)力為9.68 N，花苞平均質(zhì)量為5 g。由此計算油茶果實(shí)和花苞脫落時加速度為427.15、1 936 m/s2。

2 油茶果冠層振動脫落仿真試驗(yàn)

為了驗(yàn)證理論分析的正確性，本文選取一棵6年生、生長良好的湘林210品種油茶樹為對象，以項(xiàng)目組研制的樹冠激振式油茶果采收機(jī)為激振裝置，利用SolidWorks軟件對其三維建模。采用ADAMS運(yùn)動仿真軟件對油茶果振動采摘過程進(jìn)行剛?cè)狁詈戏抡嬖囼?yàn)。

2.1 仿真試驗(yàn)方案

選擇油茶樹冠層的振動時間、振動頻率和激勵點(diǎn)振幅為試驗(yàn)因素，油茶果實(shí)采收率G和油茶花苞損傷率H為評價指標(biāo)。利用Design-Expert 11.0.4軟件進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計，共進(jìn)行17組試驗(yàn)，每組選擇油茶樹冠層3個不同區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果取3個不同區(qū)域的平均值。根據(jù)雙擺模型求解結(jié)果以及課題組前期研究成果[25]。針對適采期的湘林210品種油茶適當(dāng)選定各試驗(yàn)因素水平編碼如表1所示。

表1 試驗(yàn)因素編碼Tab.1 Test factors and coding

由于油茶果實(shí)和花苞在振動過程中會產(chǎn)生一個使其脫落的加速度，所以本文采用在ADAMS后處理中查看油茶果質(zhì)心加速度的方式判定油茶果實(shí)和花苞的脫落情況。根據(jù)油茶果實(shí)、花苞的受力分析結(jié)果，當(dāng)油茶果實(shí)質(zhì)心加速度大于427.15 m/s2時，表示油茶果實(shí)脫落，當(dāng)油茶花苞質(zhì)心加速度大于1 936 m/s2時，表示油茶花苞脫落。

2.2 仿真模型建立

仿真模型主要由樹冠激振式油茶果采收機(jī)、油茶樹、油茶果實(shí)和花苞4部分組成，為了簡化模型提高仿真效率，油茶果實(shí)和花苞模型規(guī)格相同，取上述試驗(yàn)平均值?！皹涔诩ふ袷接筒韫墒諜C(jī)”三維模型只包括與油茶樹接觸的激振裝置結(jié)構(gòu)。

為了保證仿真驗(yàn)證的準(zhǔn)確性，仿真試驗(yàn)的材料屬性盡量接近真實(shí)情況。由于油茶果實(shí)和花苞的材料屬性對仿真試驗(yàn)結(jié)果幾乎沒有影響，所以本文只對油茶樹樹體進(jìn)行柔性建模[27]。仿真模型如圖3所示。

油茶樹體柔性化建模。本文仿真采用ADAMS/AUTOFLEX模塊直接建立柔性體的方法，將SolidWorks軟件對油茶樹和樹冠激振裝置建立的三維模型導(dǎo)入到ADAMS動力學(xué)仿真軟件中，選中油茶樹建立柔性體并替換原來的剛性體。

設(shè)置材料屬性。湘林210油茶樹的彈性模量為2×103MPa，密度為1.35 g/cm3，泊松比為0.2[28]；激振裝置的零件材料屬性設(shè)置為鋼，彈性模量為2.06×105MPa，密度為7.85 g/cm3，泊松比為0.31。

添加約束。根據(jù)激振裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，支架和油茶樹相對于大地添加固定副，滑動桿與卡夾板之間添加固定副；偏心盤與支架和連桿、連桿與滑動桿之間添加轉(zhuǎn)動副；滑動桿與支架之間添加移動副；卡持盤與油茶樹之間添加接觸。

施加驅(qū)動。根據(jù)激振裝置的工作原理，在偏心盤和支架之間的轉(zhuǎn)動副上施加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。

3 仿真試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

仿真試驗(yàn)方案與結(jié)果如表2所示，A、B、C為因素編碼。利用Design-Expert 11.0.4軟件對油茶果冠層振動采摘仿真試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。

根據(jù)油茶果實(shí)采收率G的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，該模型P<0.000 1,說明以油茶果實(shí)采收率G作為響應(yīng)函數(shù)的回歸模型具有高度的顯著性，失擬項(xiàng)P=0.456 5>0.05不顯著，說明模型較為穩(wěn)定，回歸方程擬合較好。剔除不顯著項(xiàng)建立油茶果實(shí)采收率G與油茶樹冠層的振動時間A、振動頻率B、振幅C之間的二次多項(xiàng)式響應(yīng)回歸模型為

表2 試驗(yàn)設(shè)計方案與結(jié)果Tab.2 Experimental design scheme and results

表3 試驗(yàn)結(jié)果方差分析Tab.3 Analysis of variance of test results

G=92.63-0.74A+0.78B+0.58C-1.05AC-
3 024A2-1.51B2

(16)

根據(jù)油茶花苞損傷率H的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，該模型P=0.003 4，說明以油茶花苞損傷率H作為響應(yīng)函數(shù)的回歸模型具有高度的顯著性，失擬項(xiàng)P=0.834 6>0.05不顯著，說明模型較為穩(wěn)定，回歸方程擬合較好。剔除不顯著項(xiàng)建立油茶花苞損傷率H與油茶樹冠層的振動時間A、振動頻率B、振幅C之間的二次多項(xiàng)式響應(yīng)回歸模型為

H=13.98-0.94A-0.58B+0.65C+0.74AB+
0.76AC-0.77A2

(17)

3.2 貢獻(xiàn)率分析

貢獻(xiàn)率可以反映單個因素對所建立模型的影響程度。貢獻(xiàn)率越大，影響程度越大。貢獻(xiàn)率Δj計算公式為

(18)

參考值δ為

(19)

式中δj——第j個參數(shù)一次項(xiàng)的貢獻(xiàn)率

δjj——第j個參數(shù)二次項(xiàng)的貢獻(xiàn)率

δij——第j個參數(shù)與其他參數(shù)交互作用的貢獻(xiàn)率

根據(jù)方差分析的F值，通過式(18)、(19)計算油茶樹冠層各振動參數(shù)對不同評價指標(biāo)的貢獻(xiàn)率如表4所示。

表4 各因素對不同指標(biāo)貢獻(xiàn)率Tab.4 Contribution rates of various factors to different indicators

由表4可知，油茶樹冠層振動參數(shù)對油茶果實(shí)采收率的貢獻(xiàn)率從大到小的順序?yàn)椋赫駝訒r間、振動頻率和振幅；油茶樹冠層振動參數(shù)對油茶花苞損傷率的貢獻(xiàn)率從大到小的順序?yàn)椋赫駝訒r間、振幅和振動頻率。

3.3 響應(yīng)曲面分析

為更直觀分析各試驗(yàn)因素對評價指標(biāo)的影響，固定一個試驗(yàn)因素處于零水平，研究其余兩個因素之間的交互作用響應(yīng)，得到油茶樹冠層振幅與振動時間、振動頻率與振動時間、振動頻率與振幅兩兩之間分別對油茶果實(shí)采收率和油茶花苞損傷率的交互響應(yīng)曲面如圖4、5所示。

當(dāng)振動時間為零水平時，振動頻率和振幅的交互作用對油茶果實(shí)采收率的影響如圖4a所示。油茶果實(shí)采收率與振動頻率呈負(fù)相關(guān)，隨著振幅的增大呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)振動頻率為零水平時，振幅和振動時間的交互作用對油茶果實(shí)采收率的影響如圖4b所示。油茶果實(shí)采收率與振幅呈正相關(guān)，隨著振動時間的增大呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)振幅為零水平時，振動頻率和振動時間的交互作用對油茶果實(shí)采收率的影響如圖4c所示。油茶果實(shí)采收率隨著振動時間的增大呈先增大后減小的趨勢，隨著振動頻率的增大呈先增大后減小的趨勢。

當(dāng)振動時間為零水平時，振動頻率和振幅的交互作用對油茶花苞損傷率的影響如圖5a所示。油茶花苞損傷率與振幅呈正相關(guān)，與振動頻率呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)振動頻率為零水平時，振幅和振動時間的交互作用對油茶花苞損傷率的影響如圖5b所示。油茶花苞損傷率與振幅呈正相關(guān)，與振動時間呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)振幅為零水平時，振動頻率和振動時間的交互作用對油茶花苞損傷率的影響如圖5c所示。油茶花苞損傷率與振動頻率呈負(fù)相關(guān)，與振動時間呈負(fù)相關(guān)。

3.4 振動參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果分析，不同的冠層振動參數(shù)對油茶果采摘具有較大的影響，為獲得油茶果冠層振動采摘的最優(yōu)工作參數(shù)，利用Design-Expert 11.0.4軟件的優(yōu)化模塊，對油茶果實(shí)采收率和花苞損傷率的二次回歸模型進(jìn)行優(yōu)化求解。設(shè)定油茶果實(shí)采收率權(quán)重為0.67，油茶花苞損傷率權(quán)重為0.33，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解。目標(biāo)函數(shù)為

(20)

對目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化求解得到油茶果冠層振動采摘最優(yōu)工作參數(shù)組合為：振動時間8.09 s、振動頻率8.15 Hz、振幅50 mm，在此參數(shù)組合下油茶果實(shí)采收率為93.41%，油茶花苞損傷率為14.10%。

4 田間試驗(yàn)

為驗(yàn)證仿真試驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果的可靠性，利用項(xiàng)目組研制的樹冠激振式油茶果采收機(jī)在湖南省永州市油茶基地對湘林210品種油茶進(jìn)行了田間試驗(yàn)，如圖6所示。

在田間試驗(yàn)過程中，以油茶樹冠層激振處的振幅、振動頻率和振動時間為試驗(yàn)因素，以油茶果實(shí)采收率和油茶花苞損傷率為試驗(yàn)指標(biāo)。由于樹冠激振式油茶果采收機(jī)在工作過程中控制精度有限，所以對優(yōu)化后油茶樹冠層最優(yōu)振動組合參數(shù)進(jìn)行四舍五入取整：振動時間8 s、振動頻率8 Hz、振幅50 mm。選取仿真試驗(yàn)方案中油茶果采收率最高的第1組試驗(yàn)參數(shù)組合：振動時間10 s、振動頻率7 Hz、振幅40 mm作為對照組。田間試驗(yàn)方案分別設(shè)置優(yōu)化參數(shù)和對照組參數(shù)組合進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)。田間試驗(yàn)過程中分別記錄振動采收區(qū)域的油茶果實(shí)和油茶花苞的總數(shù)量和振動后脫落數(shù)量，最終試驗(yàn)結(jié)果取平均值，如表5所示。

表5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Verification test results

田間試驗(yàn)結(jié)果表明，通過對照參數(shù)組合試驗(yàn)，以油茶冠層振動參數(shù)優(yōu)化后的結(jié)果為試驗(yàn)組的采摘效果明顯優(yōu)于對照組的采摘效果，油茶果實(shí)采收率試驗(yàn)組高于對照組、油茶花苞損傷率試驗(yàn)組低于對照組。試驗(yàn)組在振動時間8 s、振動頻率8 Hz、振幅50 mm振動參數(shù)下油茶果實(shí)采收率為92.37%，與理論優(yōu)化值相差1.04個百分點(diǎn)；油茶花苞損傷率為14.38%，與理論優(yōu)化值相差0.28個百分點(diǎn)。

在田間試驗(yàn)過程中，存在有個別油茶果實(shí)未脫落的現(xiàn)象。其原因1是未脫落的油茶果實(shí)未到成熟期，油茶果實(shí)和枝條的結(jié)合力較大，導(dǎo)致振動采收過程中油茶果實(shí)的慣性力小于果實(shí)與枝條的結(jié)合力，不足以使其油茶果實(shí)脫落；其原因2是未脫落油茶果實(shí)大多分布在振動區(qū)域的邊緣，激振裝置對油茶枝條的振動范圍有限，未能使振動區(qū)域邊緣的油茶果實(shí)產(chǎn)生足夠大的慣性力，導(dǎo)致油茶果實(shí)未能脫落。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果顯示優(yōu)化后得到的油茶果冠層振動參數(shù)具有較好的可靠性，說明建立的油茶“果實(shí)-枝條”雙擺動力學(xué)模型具有較高的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

(1)利用拉格朗日函數(shù)，針對湘林210品種油茶為對象建立了四自由度油茶“果實(shí)-枝條”雙擺模型，并對動力學(xué)模型進(jìn)行分析求解，得到系統(tǒng)的固有頻率為0.42、7.18 Hz；對油茶果實(shí)和花苞振動脫落受力分析得到油茶果實(shí)和花苞脫落的平均加速度分別為427.15、1 936 m/s2。

(2)運(yùn)用ADAMS動力學(xué)仿真軟件對油茶果冠層振動采摘進(jìn)行仿真，分析油茶樹冠層所受的不同振動參數(shù)組合對油茶果采摘的影響。建立以油茶果實(shí)采收率、油茶花苞損傷率為響應(yīng)指標(biāo)的二次多項(xiàng)式響應(yīng)回歸模型以及響應(yīng)曲面分析；通過各因素貢獻(xiàn)率計算得出油茶樹冠層各振動因素對油茶果實(shí)采收率的影響由大到小為：振動時間、振動頻率和振幅；油茶樹冠層各振動因素對油茶花苞損傷率的影響由大到小為：振動時間、振幅和振動頻率。

(3)根據(jù)仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)對油茶果冠層振動采摘工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計算，油茶果冠層振動采摘最優(yōu)參數(shù)組合為：振動時間8.09 s、振動頻率8.15 Hz、振幅50 mm，在此參數(shù)組合下油茶果實(shí)采收率為93.41%，油茶花苞損傷率為14.10%。

(4)通過對照試驗(yàn)表明，振動時間8 s、振動頻率8 Hz、振幅50 mm是項(xiàng)目組研制的樹冠激振式油茶果采收機(jī)采摘湘林210品種油茶果的最優(yōu)振動參數(shù)組合。在最優(yōu)振動參數(shù)組合下油茶果實(shí)采收率為92.37%、油茶花苞損傷率為14.38%，與理論值相差1.04、0.28個百分點(diǎn)，相對于人工采摘油茶果的效率明顯提高。