红枣(jujube)是我国大面积种植的特色林果,其栽植面积和产量均占世界的99%,而新疆以其独特的地理位置和气候条件,非常适宜栽植品质优良的红枣。近年来,新疆枣树已到盛果期,而红枣采收完全依靠人工,作业效率低,成本高,已成为制约新疆红枣产业持续发展的重要因素。因此,亟需采用机械化作业,提高红枣采收效率,降低人工成本。本文通过对国内外林果采收机械的研究现状进行对比分析,结合新疆矮化密植红枣的种植模式和物料特性等参数,针对现有收获机械在作业过程中对果树的损伤率高、连续性作业效果不佳等问题,采用偏心块式激振机构,设计了一种以3个偏心块为激振源的激振装置,并基于动力学相似理论原理确定其相似比,完成试验台的加工试制并进行室内试验,主要得到如下结论:(1)红枣种植模式田间调研及物料特性测试。红枣的种植模式和物料特性是确定采收装置结构参数与工作参数的基础,通过对矮化密植种植模式下枣树的调研,得到的红枣单粒质量、尺寸等物理参数;以及3年生、5年生和8年生枣树的平均株距、平均行距、树冠直径、树高和主干高度等几何参数。(2)红枣振动特性研究。本文以红枣为研究对象,首先建立红枣“枝-柄-果”的双摆振动模型,通过理论分析获得系统的固有振动频率为14.69、17.26 Hz;通过振动试验测试系统的扫频试验和Ansys软件对枣树的模态仿真试验,得到枣树发生共振频率的范围集中出现在12~24 Hz;在共振频率范围内,分别以振幅为3、5、7 mm进行枣树的定频振动试验,结果表明在振幅为7 mm、频率为13~18 Hz时,红枣在采收过程中振动传递特性效果较好。(3)激振器的设计与试制。根据激振装置的设计要求,设计了一种由3个偏心块为激振源的激振器,并用SolidWorks软件建立激振器的三维模型;通过对激振器进行运动和振动的理论分析,得到角加速度α与偏心块质量m、电动机转速n、弹簧预紧力f之间的关系;基于动力学相似理论原理,确定以长度l的相似比λ_l=1/3为基础,完成激振器相似模型加工试制。(4)激振器运动仿真分析。通过ADAMS软件对激振器进行无阻尼仿真分析,仿真结果表明激振器壳体的运动规律符合简谐运动,证明激振器壳体的运动规律与理论分析一致,仿真结果也验证了阻尼装置是激振器不可缺少的一部分。(5)红枣采收激振器试验。通过理论分析,确定偏心块质量m、电动机转速n、弹簧预紧力f作为试验因素,以角加速度α和振幅A作为评价指标,进行了三因素五水平正交旋转中心组合试验;通过Design-Expert V8.0.6.1软件进行方差分析,建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型,并确定最优参数组合为:偏心块质量m=233 g,电动机转速n=1080 r/min,弹簧预紧力f=35 N;根据最优参数组合进行试验,结果表明:在优化参数组合下,振幅平均值为A=46.73 mm、角加速度平均值为α=11.72 rad/s~2,壳体振动产生的最小惯性力F=9.87 N>6 N,可知该激振装置满足红枣采收要求。