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192农机化综合研究AgriculturalMechanizationSyntheticStudy2025年2月下

核桃树三维建模设计与振动特性分析*

谷润润，陈婉婷，肖涵宇，葛寒，李福蓉

（新疆理工学院，新疆阿克苏843000）

摘要：【目的】解决振动式采收设备采摘核桃时振动频率和夹持高度的控制等问题，优化采收设备性能，提高核桃采摘精度

和效率。【方法】对阿克苏温宿县核桃园进行实地调研，分析核桃树的类型，测量核桃树的主要几何尺寸，完成核桃树三维建

模设计，并应用ANSYS软件对核桃树进行模态分析和谐响应分析。【结果】随着固有频率阶数的增加，核桃树振动频率增加，

在第12阶时振动频率达到最大值，振动频率为26.316Hz；实地开展的核桃树振动试验研究发现，在相同的振动频率下核桃

树的夹持高度选择450mm比较适合振动式采收；通过谐响应分析可得，频率在10Hz时发生共振，为了保护树体免受损伤应

避开共振频率，因此把40Hz作为核桃收获的最适频率。【结论】该核桃树的振动特性研究可为振动式核桃采收设备的设计提

供参考。

关键词：核桃树；振动特性；模态分析；谐响应分析

中图分类号：S664.1；TH113.1文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2025.04.052

0引言

核桃树的种植在我国有着悠久的历史和广泛的

普及度，核桃产量逐年上升，我国已成为全球最大的

核桃生产和消费国。虽然我国的核桃种植历史悠久，

但仍然保持传统的核桃采收方法，一般为用竹竿在树

下敲打核桃或者用振动式摇树机振动核桃树干，待核

桃落地后再捡拾。传统核桃收获方式不仅费时费力，

而且成本较高。核桃收获期集中在每年的8—9月份，

时间比较紧，如果不及时采摘，将影响核桃的品质。

[1]图1核桃园实景

因此，果农对核桃收获机械设备的需求日益迫切，

亟需实现核桃的机械化采摘作业。对核桃树的整体尺寸与外形特性进行实地测量。

为进一步提高振动式核桃采收的效率，防止对核随机在核桃园选取10行核桃树，每行选取5棵核桃

桃树造成损害，国内外学者对振动式采收设备进行了树进行试验样本采集。测量所需仪器包括钢卷尺、皮

深入研究。研究显示，振动采收效果的关键在于精确尺、游标卡尺等，然后制作样品、编号并测量，同时

控制振动频率、夹持高度等参数。因此，研究团队通记录样品直径和最低结果高度，精确到0.1mm。对

过实地调研测量核桃树的几何尺寸并建立核桃树的选取的核桃树分别测量主干高度、直径、底部结果高

三维模型，在此基础上开展核桃树振动特性分析，为[2][3]

度，记录数据，然后利用Excel软件对试验数据进

振动式核桃采收设备的设计与优化提供数据支持。行统计分析，并计算测量数据的平均值，核桃树特性

1核桃树物理特性研究参数如表1所示。因此，了解核桃树的行距、株距及

研究团队对新疆阿克苏温宿县核桃的种植模式整体尺寸大小，为设计振动式核桃采收设备提供了必

进行多次实地调研，核桃园实景如图1所示。从调研要的参考数据，同时有助于更好地实现核桃机械化采

[4]

中得知，核桃树的树形有开心形和主干形，而开心形收作业。

核桃树通风和透光比较容易，便于管理。研究区域核2核桃树三维建模设计

桃树种植采取的株行距为5m×6m，可为振动式核桃根据实际测量所得数据，绘制核桃树和核桃果实

采收装置的外形结构设计提供数据依据。的三维模型，如图2所示。

基金项目：新疆维吾尔自治区高校基本科研业务费科研项目（XJEDU2022P134）；阿克苏地区科技兴阿项目（2023KJXA01）