Simulación y experimento de condiciones óptimas para la cosecha de manzanas con una alta tasa de retención de tallos de frutas
Autores: Bao, Muze; Xu, Zhipeng; Hui, Boxu; Zhou, Qiaojun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Simulación y experimento de condiciones óptimas para la cosecha de manzanas con una alta tasa de retención de tallos de frutas
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Manzanas
Recolección mecánica
Tallos
Fuerza tensil
Capa de abscisión
Recolección
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 46
Citaciones: Sin citaciones
Las manzanas se cultivan ampliamente principalmente para consumo fresco. Durante la cosecha mecanizada, la extracción de los tallos de la fruta puede impactar significativamente en la duración del almacenamiento de las manzanas frescas. La fuerza de tensión aplicada a las capas de abscisión es un factor crítico para retener los tallos; sin embargo, pocos investigadores se han enfocado en prevenir la extracción de tallos durante la recolección. En esta investigación, estudiamos el fenómeno de los tallos faltantes durante la recolección mecánica analizando la fuerza de tensión ejercida en la capa de abscisión durante la recolección y optimizando la actitud del efector final para lograr la tasa más alta de retención de tallos. En primer lugar, se utilizaron las tasas de liberación de energía tangencial y normal de la capa de abscisión como parámetros clave para modelar la zona cohesiva de la capa de abscisión, se desarrolló un modelo de elementos finitos del sistema fruta-tallo-rama, en base al cual se simuló el proceso real de recolección de frutas utilizando tracción directa y torsión. Posteriormente, los datos obtenidos de la simulación se analizaron utilizando análisis de superficie de respuesta, y la fuerza máxima de tensión en el momento de la fractura de la deslaminación y el momento de su fractura se utilizaron como parámetros de optimización para encontrar la solución óptima del ángulo, la velocidad de tracción directa y la velocidad de torsión para lograr la tasa más alta de retención de tallos. Finalmente, a través de experimentos de campo, se demostró que las condiciones óptimas de recolección pueden mejorar efectivamente la tasa de éxito de la recolección y la tasa de retención de tallos. Los resultados muestran que, cuando el efector final recoge cerca de la fruta a unos 58 grados, la tasa de retención de tallos puede alcanzar el 94.0%.
Descripción
Las manzanas se cultivan ampliamente principalmente para consumo fresco. Durante la cosecha mecanizada, la extracción de los tallos de la fruta puede impactar significativamente en la duración del almacenamiento de las manzanas frescas. La fuerza de tensión aplicada a las capas de abscisión es un factor crítico para retener los tallos; sin embargo, pocos investigadores se han enfocado en prevenir la extracción de tallos durante la recolección. En esta investigación, estudiamos el fenómeno de los tallos faltantes durante la recolección mecánica analizando la fuerza de tensión ejercida en la capa de abscisión durante la recolección y optimizando la actitud del efector final para lograr la tasa más alta de retención de tallos. En primer lugar, se utilizaron las tasas de liberación de energía tangencial y normal de la capa de abscisión como parámetros clave para modelar la zona cohesiva de la capa de abscisión, se desarrolló un modelo de elementos finitos del sistema fruta-tallo-rama, en base al cual se simuló el proceso real de recolección de frutas utilizando tracción directa y torsión. Posteriormente, los datos obtenidos de la simulación se analizaron utilizando análisis de superficie de respuesta, y la fuerza máxima de tensión en el momento de la fractura de la deslaminación y el momento de su fractura se utilizaron como parámetros de optimización para encontrar la solución óptima del ángulo, la velocidad de tracción directa y la velocidad de torsión para lograr la tasa más alta de retención de tallos. Finalmente, a través de experimentos de campo, se demostró que las condiciones óptimas de recolección pueden mejorar efectivamente la tasa de éxito de la recolección y la tasa de retención de tallos. Los resultados muestran que, cuando el efector final recoge cerca de la fruta a unos 58 grados, la tasa de retención de tallos puede alcanzar el 94.0%.