摘要：泰安地区的板栗收获环节长期依赖人工拍打，制约了板栗产业的规模化、机械化发展。通过试验研究，分析了机械化收获不同振动频率对板栗落果率、果实损伤率、作业效率及树皮损伤率的影响规律，筛选出适配泰安地区板栗种植条件的最优振动频率，为板栗收获机的参数调试及田间推广应用提供了技术支撑。

      关键词：泰安地区；板栗收获机；振动频率；收获效果；试验研究

      1. 引言

      板栗作为泰安地区重要的经济林木，其收获环节对产量与品质具有较大的影响。传统人工收获方式劳动强度大、效率低，难以满足规模化种植需求。随着农业机械化的快速发展，板栗机械化收获逐渐得到应用。但收获机不同振动频率对收获效果的影响尚不明确。振动频率作为板栗收获机的关键参数，直接影响落果、果实损伤、作业效率及树体健康等多方面。为探索适合泰安地区板栗机械化收获的合理振动频率参数，提高收获效率与质量，保障板栗产业可持续发展，进行板栗拍打收获机振动频率对收获效果影响的研究，为实际生产提供科学依据。

      2. 材料与方法

      2.1 试验材料

      试验在泰安地区板栗主产区进行，选取当地主栽、生长态势相近的成年板栗树，树高 4 — 5 米，胸径 15 — 20 厘米，结果均匀，无病虫害与机械损伤。所用拍打式收获机为小型便携款，振动频率 0 — 50 Hz 可 调， 具 有 转 速 传感 器 监 测。 所需 电 子 天 平、游标卡尺等仪器均提前校准。收获后及时收集果实，剔除畸形、病虫果，保证样本统一。

      2.2 试验设计

      试验采用单因素随机区组设计，以振动频率作为唯一考察因素。结合泰安地区板栗种植实际状况与收获 机 作 业 性 能， 设 定 10 Hz、20 Hz、30 Hz、40 Hz、 50 Hz 共 5 个振动频率的处理，每个处理设 3 次重复。每次重复选取 20 株长势相近的板栗树，确保树间距离一致，避免相互影响。试验前对所有试验树统一修剪，去除过密枝叶与地面杂物，保证收获时无遮挡。作业时保持拍打幅度、时间、速度一致，及时收集果实与数据。同一处理不同重复间隔 1 天进行，并记录环境温湿度，确保试验条件稳定。

      2.3 测定方法

      落果率采用计数法测定，统计各处理收获前树上总果数与收获后落地果实数，据此计算落果率。果实损伤率测定中，各处理选取 100 粒落地果实，借助损伤检测仪观察表面损伤状况，统计损伤果实数量并计算损伤率。作业效率以秒表计时，记录各处理完成 20棵树收获的总耗时，结合树体结果量换算单位时间作业量。树皮损伤率通过观察每棵树拍打部位树皮状态，统计损伤面积占总拍打面积的比例得出。所有测定指标均设置 3 次重复，以平均值作为最终测定结果。

      3. 结果与分析

      3.1 振动频率对板栗落果率的影响

      振动频率的变化直接决定树体振动强度，进而对果实与果柄的分离效果产生影响 [1] 。依据泰安地区板栗果柄的韧性特征，经不同振动频率处理，落果率差异显著。低频时，树体振动幅度受限， 果柄动能不够，难以脱离枝条，落果成效欠佳。频率升高，振动能量积聚，果柄受力渐增，落果率上升。超 30 Hz 后，上升趋缓，至 50 Hz 趋于稳定。表 1 为各频率处理下落果率具体数据。              

      由表 1 数据可知，平均落果率随振动频率升高而逐步递增， 10 Hz 时落果率最低，50 Hz 时最高，两者差值达 51 . 15 %。30 Hz 作为落果率提升的转折点，其前后增幅差异极为显著。各处理变异系数较小，表明试验数据稳定性良好，符合泰安地区板栗收获的实际

试验规律。

      3.2 振动频率对板栗果实损伤率的影响

      振动频率与板栗果实损伤率呈正相关关系，在收获作业时，若振动频率设定过高，果实会因与树体枝叶、地面以及相邻果实频繁且剧烈碰撞，导致表面出现损伤，进而降低其作为商品的经济价值 [2] 。以10 Hz 的振动处理状况为例，此时树体振动状态平稳有序，果实落地速度较为迟缓，碰撞力度微弱，果实损伤率处于极低水平，果实完整性得以有效维持。伴随振动频率不断升高，树体振动幅度逐渐增大，果实脱离果柄瞬间的速度加快，与枝叶、地面碰撞产生的动能也相应增大，果皮便容易出现划痕、凹陷等损伤，损伤率随之逐步上升。

      在 20 Hz 至 30 Hz 这一频率区间内，损伤率呈现出较为平缓的上升态势。在此阶段，振动能量主要集中于促进果柄的分离过程，果实因相互碰撞或与外界物体撞击而造成的损伤相对较小。然而， 一旦频率突破30 Hz 的界限，损伤率的上升幅度便开始显著增大，特别是在 40 Hz 至 50 Hz 的频段内，其增幅远超前期水平。当振动频率达到 50 Hz 时，果实损伤率攀升至峰值，原因在于高频振动加剧了果实的晃动程度，导致其与外部物体的碰撞更为剧烈，果实间的相互撞击也愈发频繁，进而严重损害了果实品质。鉴于此，在板栗实际收获过程中，需综合考察振动频率对落果效果和果实损伤率的影响，确保收获作业既高效又能保证果实品质。

      3.3 振动频率对作业效率的影响

      作业效率是评估板栗拍打收获机实用性的关键指标，直接影响机械化收获的成本与收益。其与振动频率正相关，且受落果率影响较大。试验表明，振动频率低，树体振动弱，果实难脱离果柄，需反复拍打同一植株，捡拾未落果实耗时久，作业效率低。10 Hz 处理时，平均完成 20 棵树收获需耗时最长，单位时间作业量最少，作业效率最低，难以满足规模化收获需求。

      随着振动频率提升，树体振动能量随之增大，落果速度逐步加快，落果率也持续攀升 [3] 。在此情形下，作业人员无需多次拍打，果实捡拾时间得以减少，作业效率顺势提高。在 20 Hz 至 30 Hz 区间内，作业效率提升效果突出，落果率上升与作业耗时减少相互配合，既确保果实顺利掉落，又防止因振动过度增加作业难度。当频率超过 30 Hz 后，作业效率虽仍有增长，但增长幅度变小，这是因为落果率已接近极限，继续提高频率，落果速度提升不大，难以再有效缩短作业时间。

      50 Hz 处理时作业效率达最高水平，不过与 40 Hz处理相较，效率提升幅度仅 3 . 2 %，并不显著。但高频振动引发果实与树皮损伤率急剧上升，使得后续果实分拣及树体养护成本提高，不利于整体生产效益提升。因此，分析振动频率对作业效率的影响，需全面考量落果率与损伤状况，不可单纯因追求效率而盲目选用高频。

      3.4 振动频率对树皮损伤率的影响

      树皮损伤率直接关系到板栗树后续生长发育和结果能力 [4] 。泰安地区的板栗树皮，质地较薄，韧性也不足。当收获机振动频率过高时，其拍打部件与树皮间的摩擦和撞击会大幅增强，树皮损伤率也会显著提高。振动频率为 10 Hz 时，收获机拍打力度相对柔和，与树皮接触产生的冲击力微弱，此时树皮损伤率处于最低值，仅出现轻微摩擦痕迹，不会对树体正常生长产生干扰。随着振动频率不断升高，拍打部件的振动强度持续增强，与树皮的撞击力度和摩擦次数也相应增多，树皮损伤率随之逐步上升，损伤状况从轻微摩擦演变为表皮破损，严重时甚至出现树皮脱落。在20 Hz 至 30 Hz 这个区间，树皮损伤率上升的幅度较为平缓，此时振动能量主要传导至枝条，拍打部件与树皮接触的力度处于适中水平。

      然而，当振动频率超过 30 Hz，树皮损伤率上升幅度急剧增大。其中， 30 Hz 至 40 Hz 这一区间，损伤率上升幅度相较于前期更为突出；40 Hz 至 50 Hz 时，损伤率攀升至较高水平，部分树体被拍打部位的树皮出现明显脱落，这极有可能干扰树体正常的养分运输过程。待振动频率达到 50 Hz 进行处理时，树皮损伤率达到最高值。若长期以该频率开展作业，板栗树的长势会逐渐衰弱，进而导致后续结果数量减少。

      3.5 最优振动频率筛选

      筛选最优振动频率，需对落果率、果实损伤率、作业效率、树皮损伤率四项指标予以综合权衡。依据泰安地区实际收获情况，明确筛选准则为落果率与作业效率力求高，果实及树皮损伤率力求低。运用综合评分法对各振动频率展开评估，权重依生产实际设定，经计算得出综合得分，得分居首的振动频率即为最优。表 2 呈现了各振动频率处理下四项指标及综合得分具体数据。

      由表 2 数据可知，30 Hz 处理综合得分位列第一，大幅领先其他处理。在此处理下，落果率处于较高水平，果实与树皮损伤率处于合理区间，作业效率符合泰安地区板栗收获实际要求。40 Hz 和 50 Hz 处理，落果率与作业效率表现不错，但损伤率过高，对树体后续生长不利。10 Hz 和 20 Hz 处理，损伤率虽低，但落果率与作业效率不理想。综上，确定 30 Hz 为板栗拍打收获机的最优振动频率。

      4. 结语

      振动频率的合理选择是提升板栗收获机作业质量的关键，需结合种植区域板栗树品种特性与树体生长状况综合确定。针对泰安地区板栗种植实际，可将筛选出的最优振动频率应用于实际收获作业，为当地板栗机械化收获提供技术支撑。后续可进一步完善相关技术参数，推动板栗收获机械化水平的提升，助力板栗产业高质量发展。

参考文献：

[1] 李茂 . 拍打式板栗采摘机的目标识别及定位控制系统研究 [D]. 华中农业大学，2025.

[2] 李开源，马新波 . 板栗收获机落果装置设计 [J]. 价值工程，2025， 44(09):16-18.

[3] 宋宝 . 曳引摇振式板栗收获机设计与试验 [D]. 华中农业大学，2024.

[4] 王丽 . 一种拍打式板栗采摘装置设计与研究 [D]. 天津科技大学，2022.