我国是苹果生产大国，苹果种植面积居世界首位[1]。在苹果的生产作业中，采摘是最耗时费力的环节[2]，苹果收获采摘所用劳动力占整个作业环节的40%，采摘作业质量直接影响到苹果的运输、加工及销售[3]。随着我国城镇化进程的加快，农业人口大幅度转移到城镇，从事果园作业的劳动力逐渐减少[4]，且传统的人工采摘需要进行登高、采摘、弯腰、放果等动作，工作效率低、劳动强度大、投入成本高，传统作业方式逐渐不能满足人们对苹果采摘输送的要求[5-6]，亟需一种机械装置来辅助苹果采摘输送作业。果农采摘时利用气力输送装置输送苹果可减少弯腰放果的动作，在输送管道内通风可降低苹果的磕碰损伤，提高苹果的经济效益，实现苹果的连续采摘、低损输送[7-8]。进风装置对输送管道内风场分布、风压变化均有较大影响，对进风装置进行研究具有重要意义。
Santiago 等[9]对管道气力输送的性能进行了分析，考虑了阻力、重力及颗粒间碰撞的影响，发现颗粒间碰撞明显时，管道内压降增加，管道输送需要的能量增加。Chen 等[10]采用试验与数值分析相结合的方法，对进风管道内的压降及进气损失进行了研究，揭示了黏性流体的流体力学特性，发现进风管道越宽，压降及进风损失越小。Rajan等[11]采用一维双流体模型对垂直气力输送过程中2种气固流量比和4 个进风口之间的多种气体分配比进行了模拟，发现增加进风口数量，且最终进风口前保持较高的气固比，可以得到更高的热回收率。刘秋兵等[12]以相对布置的2 台风机为对象，采用流体力学软件仿真模拟吸风口相对布置对气流的干扰情况，发现吸风口位置布置不合理时会产生管道阻力并使风机功耗增加。孙占朋等[13]和程琼仪等[14]分别进行了进风方式和进风位置对空间内气流的影响试验，并进行了流体仿真模拟，发现进气方式和进风位置对空间内气流速度及气流分布有直接影响。陈皓等[15]通过对水平及垂直管道压力损失、弯头阻力损失等进行分析和计算，得到系统压力损失总和，并提出了减小压力损失的措施和建议。国外学者[9-11]对输送管道的物料性能、进风管压力损伤性能、进风口数量影响等进行了分析，但对进风口倾角、位置及直径的研究较少；国内学者[12-15]对进风口位置、进风方式进行了研究，并进行了流场仿真分析。
笔者在本研究中综合考虑以上因素，以自建苹果采摘管道气力输送装置为试验台，以进风口数量、管道出口与进风口间距离、进风口倾角、进风口内径为试验因素，以风机与管道入口处压差和苹果损伤体积为评价指标，对苹果采摘管道气力输送进风装置的参数进行了优化研究，通过单因素试验与正交试验分析了各因素对试验指标的影响，确定了进风装置的优化参数组合，验证了其可靠性，为采用管道气力装置高效低损输送苹果提供参考。
1 材料和方法
1.1 材料
试验所用苹果样本为富士鲜果，于2021 年9 月26 日采自河北省保定市顺平县顺农果品现代农业园区。经统计，果质量在150～250 g 间的苹果占比为65.38%，选用中间值，即果质量为200 g的苹果进行试验，苹果为不规则球体，对应的果径为75～85 mm。
1.2 仪器与设备
PVC 软质输送管道（内径为90 mm、壁厚为4 mm），惠民县鲁腾绳网厂；PVC 硬质进风管道，贸盛五金商贸；CZ-LD370 型中压离心式风机（功率370 W），佛山市澳旭机电有限公司；UT3636型数字式风速仪（测量精度为0.01 m·s-1），优利德科技股份有限公司；WBT-4000W 型变频调速器，乐清市柳市科众风机销售中心。
试验装置为自建的苹果管道气力输送试验台，如图1所示，主要技术参数如表1所示。
表1 苹果管道气力输送装置主要技术参数
Table 1 Main technical parameters of Apple pipeline pneumatic conveying device
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图1 苹果管道气力输送装置试验台
Fig.1 Apple pipeline pneumatic conveying device test bench
A 试验台三维图；B 试验台实物图。1.果筐；2.离心式风机；3.进风管道；4.输送管道；5.台架；6.风速仪；7.手摇升降装置；8.苹果损伤观测台；9.富士苹果；10.调速器。
A.Three-dimensional diagram of the test bench;B.Physical map of the test bench.1.Fruit basket;2.Centrifugal fan;3.Air inlet pipe;4.Conveying pipe;5.Bench;6.Anemometer;7.Hand lifting device;8.Apple damage observation platform;9.Fuji apple;10.Speed governor.
1.3 试验方法
试验于2021 年9 月27 日在河北农业大学工程实验楼室内进行，环境温度为23.7 ℃。搭建管道入口风压测试试验台，根据现代苹果园的种植模式，果树株距为1.2～2.0 m、行距为4 m、树高为3 m[16]，采摘果树顶端苹果时，需要登梯爬高，人在立姿的情况下，人手的最大操作范围是0.77～2.01 m[17]，采摘3 m处的苹果，只需将管道入口放在2 m高处即可，管道出口通常设置在两树之间，即输送管道的水平与竖直长度均为2 m，由于苹果在直管道内的输送速度较快，会增加苹果的损伤，因此本研究采用45°圆弧软管，后续实际应用也采用此种安装方式，将风速仪放置在输送管道入口处，风速仪测量管道入口处的风速，利用公式计算风压。试验时，先调整风机风压、进风管直径及进风口与输送管壁间的倾角为相应组别的参数，打开风机，用风速仪测量管道入口处风速并记录下来，将苹果样本由输送管道入口处静止放下，在输送管道出口处接送苹果，每组使用5个苹果进行试验，输送后的苹果放置在苹果损伤观测台上观测损伤，调整试验参数，进行下一组试验，试验结束后，根据计算得到的风压及苹果损伤体积评价后续的试验效果。
1.4 进风装置参数分析
在果实输送过程中，风机提供的空气压力与输送管道内苹果的重力相接近，使苹果处于相对平衡状态[18]，才能使苹果低损输送，假设苹果为圆球形，当风力缓冲苹果垂直下落时，苹果运动平衡时受力如图2所示。
图2 苹果受力图
Fig.2 Apple force diagram
此时风压与苹果重力间关系为式（1）、（2）：
式中：m为苹果的质量，kg；R为苹果的半径，mm；g为重力加速度，N·kg-1；P为风压，Pa；A为球形苹果的受力面积，m2；r为苹果受力部分半径，mm；θ为苹果半径与受力部分半径间夹角，°。
果质量为200 g的苹果对应的果径为75～85 mm，通过公式（1）、（2）计算得到风压为172.7～221.8 Pa，中间值为197.25 Pa，在本次试验中，因输送管道倾斜放置，在管道内存在5%以内的压力损失[19]，选择风压200 Pa进行研究。
风量、风速及风压的关系公式为（3）、（4）：
式中，Q 为风量，m3·s-1；v 为平均风速，m·s-1；A为输送管道截面积，m2；P 为相对压力，Pa；ρ 为气体的密度，kg·m-3。
经过计算，风速为17.59 m·s-1，风量为0.112 m3·s-1。
1.5 试验因素
经过前期的多次试验，发现苹果与输送管道间存在摩擦碰撞，在输送管道内增加缓冲层可减小苹果损伤，本研究考虑进风装置对苹果缓冲性能的影响，为了得到更显著的试验数据，在输送管道内不设置缓冲层。总结试验结果，进风口数量、输送管道出口与进风口间距离、进风口倾角、进风口内径4个因素对进风装置的工作性能有较大影响，选用以上4个因素为本次试验的影响因素。
（1）由于输送管道的直径有限，开设过多的进风口会降低输送管道的结构强度，存在断裂的风险，考虑到输送管道的结构性能，进风口数量选取1、2、3、4个，共4个水平。
（2）为使苹果在管道内顺利输送到出口，需要在管道出口处有一定的风压来缓冲苹果输送，而管道出口与进风口间的距离对管道出口处的风压有直接的影响，管道出口与进风口间距离不宜过长，选取50、100、150、200 mm 4个水平。
（3）当进风口与输送管道垂直放置时，风会垂直流动到输送管壁上，再向两侧流动，进风口与输送管壁间倾角应小于90°，考虑到加工制造的难度问题，倾斜角选取20°、30°、40°、50°、60°5个水平。
（4）由于进风口开在输送管道的侧壁上，进风口直径过大，会造成输送管道的结构强度降低，且较大直径的进风管道会使苹果在输送过程中卡在进风口，造成堵塞，综合以上问题选取进风管道内径为市面上常见的21、28、36、44、57 mm 5个水平。
1.6 试验指标
以风机与输送管道入口处的压差及苹果损伤体积为评价指标，压差是气力输送系统选择的重要设计参数[20]，压差越小，说明在输送管道内的压力损失越少，风压利用率越高[21]；苹果的损伤也就越小，输送管道对苹果的保护效果越好[22]。需要研究各因素对压差及损伤体积的影响，具体如下：
（1）风机与输送管道入口处压差的测定：设置好参数进行试验时，用风速仪测量输送管道入口处的风速，根据式（4）计算风压，再根据式（5）计算压差[23]。
式中，△P为压差，Pa；P1为风机出口处压力，Pa；P2为输送管道果实入口处压力，Pa。
（2）苹果损伤体积的测定：参考单明彻等[24]的测定方法，试验结束后，将苹果室温下放置48 h，待苹果破损组织处颜色变褐后，去掉损伤处的果皮，露出损伤处果肉；利用型号为GD110640、精度为0.02 mm的游标卡尺测量苹果损伤宽度，然后在损伤中心处将苹果沿着花-茎轴方向垂直切开，即可见苹果的损伤组织与非损伤组织之间有着圆弧形分界线，如图3 与图4 所示，再利用游标卡尺测量苹果损伤深度，苹果的损伤体积可近似看成两球冠体积之和，即V=
图3 苹果损伤横切图
Fig.3 Cross-sectional view of apple damage
1.苹果；2.切开损伤处果皮；3.苹果损伤变褐处；D.苹果的平均直径；b1.损伤表面长轴；b2.损伤表面短轴；h.损伤深度。下同。
1. Apple; 2. Cut the peel of the damaged area; 3. Apple damaged browned area;D.Average diameter of the apple;b1.Damaged surface long axis;b2.Damagedsurfaceshortaxis;h.Damageddepth.Thesamebelow.
图4 苹果损伤纵切图
Fig.4 Apple injury longitudinal section
式中，V为苹果损伤体积，mm3；D为苹果的平均直径，为赤道区域横截面间隔120°测量取值3 次的平均值，mm；b1为苹果损伤表面长轴，mm；b2为苹果损伤表面短轴，mm；h为苹果损伤深度，mm。
2 结果与分析
2.1 单因素试验设计
进行单因素试验时，进风口数量、管道出口与进风口间距离2个因素利用Solidworks flow simulation插件进行仿真分析，评价指标选用风压；进风口倾角、进风口内径2 个因素利用台架试验的方法进行研究分析，为保证试验结果的准确性，每组试验3次重复，取平均值。
2.2 单因素试验结果分析
2.2.1 进风口数量对通风性能的影响 管道为45°圆弧软管、进风口倾角为40°、进风口与管道出口间距离为100 mm，进风口内径36 mm，出风量由变频调速开关调节，在Solidworks 2018 软件内等比建模，方案1～方案4中进风口数量分别为1、2、3、4个，如图5 所示。经CFD 软件Solidworks flow simulation 2018 网格划分，分析类型为内流场、物理模型为湍流、进风口体积流量为0.112 m3·s-1、管道壁面条件为理想壁面、输送管道入口及出口设置为静压条件、目标检测选取静压、动压、总压和速度，由于气体在管道接口处的流动方向会发生改变，选择高级通道细化。进行网格无关性检验时，将输送管道内相对压力作为指标，选取网格细化3～6级进行检验，当网格数量为58 472、细化等级为5级时，评价指标趋于稳定，综合考虑计算结果的准确性及计算时长，确定全局网格的级别为6 级，设置计算域与仿真运算等[25]步骤后，网格划分及迭代数值如表2所示，局部网格划分情况如图5所示。
表2 网格划分及迭代数值
Table 2 Mesh division and iteration values
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图5 输送管道局部网格划分情况
Fig.5 Local grid division of transmission pipeline
A～D.输送管道进风口数量分别为1、2、3、4 个。
A-D.The number of air inlets of the conveying pipeline is 1,2,3 and 4,respectively.
4 种方案输送管道内相对压力变化情况如图6所示，风压分布情况如图7所示。4种方案输送管道内风压均随管道长度的增加呈先增加后降低的趋势，且方案1内相对压力峰值最大，方案4内相对压力峰值最小。
图6 进风口数量对管道内相对压力的影响
Fig.6 The influence of the number of air inlets on the relative pressure in the pipeline
图7 进风口数量对管道内压力变化切面图
Fig.7 Cross-sectional view of the number of air inlets versus the pressure change in the pipeline
A～D.输送管道进风口数量分别为1、2、3、4 个。
A-D. The number of air inlets of the conveying pipeline is 1, 2, 3 and 4,respectively.
2.2.2 管道出口与进风口间距离对通风性能的影响 进风口布置在输送管道的侧壁上，输送管道的内径为90 mm，进风口内径为36 mm，进风口倾角为40°，进风口体积流量为0.112 m3·s-1，利用solidworks 2018对输送管道进行等比三维建模。仿真参数设置参考2.2.1节内容，方案1～方案4中管道出口与进风口间的距离分别为50、100、150、200 mm。经CFD 软件solidworks flow simulation 2018 进行仿真计算，4种方案对管道内相对压力影响曲线图如图8所示，对管道内相对压力影响局部视图如图9所示。
图8 4 种进风方案对管道内相对压力的影响
Fig.8 Influence of four air inlet schemes on relative pressure in pipeline
图9 4 种进风方案对管道内相对压力影响的局部视图
Fig.9 A partial view of the influence of the four air inlet schemes on the relative pressure in the pipeline
A～D.管道出口与进风口间距离分别为50、100、150、200 mm。
A-D.The distance between pipe outlet and air inlet is 50,100,150 and 200 mm,respectively.
由图8 可知，随着管道出口与进风口间距离的增加，输送管道内的相对压力逐渐降低，且输送管道出口与进风口间的低压段逐渐变长，输送管道的缓冲保护性能降低。由图9可知，4种进风方案的进风管道与输送管道连接处的风压较复杂，经过一段距离的缓冲过后，输送管道内风压分布呈现同种颜色，风压趋于平稳，输送管道出口与进风口间的风压相对管道内其他位置来说较低，苹果输送到此段位置时，由于风压突然低于苹果重力，使苹果离开输送管道时以较高的速度落入果箱，造成损伤，因此应尽量减少输送管道出口与进风口间的距离。
2.2.3 进风口倾角对通风性能的影响 进风口倾角单因素试验结果如表3 所示，进风口倾角对压差的影响极显著，F 值为279.338 2、p 值小于0.001；进风口倾角对苹果损伤体积的影响极显著，F 值为201.490 7、p 值小于0.001。进风口倾角对压差及损伤体积影响的点线图如图10所示，压差及损伤体积均随着进风口倾角的增加呈先减小后增大的趋势，其中当进风口倾角水平为30°、40°、50°时，压差及损伤体积相对最小。
表3 进风口倾角对各指标的影响结果
Table 3 The effect of the inclination angle of the air inlet on each index
注：p ＜0.01（极显著，**）；0.01 ≤p ＜0.05（显著，*）；p ＞0.05（不显著）。F 为方差的统计量，F 值越大，效果越明显。下同。
Note: p ＜0.01(very significant, **); 0.01 ≤p ＜0.05(significant,*); p ＞0.05 (not significant). F is the statistic of variance, the larger the F value,the more obvious the effect.The same below.
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图10 进风口倾角对各指标影响
Fig.10 The influence of the inclination angle of the air inlet on each index
2.2.4 进风口内径对通风性能的影响 进风口内径单因素试验结果如表4 所示，进风口内径对压差的影响极显著，F 值为1 116.648 41、p 值小于0.001；进风口内径对苹果损伤体积的影响极显著，F 值为46.791 51、p 值小于0.001。进风口内径对压差及损伤体积影响的点线图如图11所示，压差及损伤体积均随着进风口内径的增加呈先减小后增大的趋势，其中当进风口内径水平为28、36、44 mm 时，压差及损伤体积相对最小。
表4 进风口内径对各指标的影响结果
Table 4 The results of the influence of the inner diameter of the air inlet on each index
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图11 进风口内径对各指标影响
Fig.11 The influence of the inner diameter of the air inlet on each index
2.3 正交试验设计
通过单因素试验得到了各因素对各指标的影响趋势，并确定了各因素的研究水平。为了研究各因素对压差及苹果损伤体积的影响，减少试验次数，并尽可能全面地反映压差及苹果损伤体积在各因素影响下的实际效果，采用L9（34）正交表，做四因素三水平的正交试验[26-27]，试验因素及水平如表5所示。
表5 正交试验因素及水平
Table 5 Orthogonal test factors and levels
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每组试验进行2次，共18组试验，正交试验结果如表6 所示，其中A、B、C、D 分别为进风口数量、管道出口与进风口间距离、进风口倾角、进风口内径，Y1、Y2分别为压差及苹果损伤体积，Ⅰ、Ⅱ分别为第1次试验结果与第2次试验结果。
表6 正交试验结果表
Table 6 Orthogonal test results
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2.4 正交试验结果分析
2.4.1 正交试验极差分析 为确定各因素间的主次关系，对正交试验结果进行极差分析，极差分析结果如表7 所示，极差分析法对各因素影响程度的评价指标是各因素的极差值，极差值越大，说明此因素对相应指标的影响程度越明显[28]。
表7 正交试验极差分析表
Table 7 Orthogonal test range analysis table
注：k1～k3 分别表示各因素各水平下指标总和的均值；R 为极差。下同。
Note: k1-k3 respectively represent the mean value of the sum of indicators at each level of each factor;R is the range.The same below.
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压差与损伤体积的评价目标均为指标值越小，进风装置的性能越好。对表7 结果进行分析，因素的极差越大，说明该因素对试验指标的影响越显著，各因素对压差的影响程度主次顺序为A ＞D ＞C ＞B，最优组合为A1B1C1D3；各因素对损伤体积的影响程度主次顺序为A ＞D ＞C ＞B，最优组合为A1B1C1D3。
2.4.2 正交试验方差分析 相比于极差分析，方差分析可以排除试验误差的影响，且可以判断各因素的显著性水平[29]，利用SPSS 26.0软件对试验结果进行方差分析，如表8所示，根据因素项自由度及误差项自由度查F 分布表可知[30]，F 的临界值：F0.01（2，9）=8.02，当因素的F 值大于F 的临界值时，表示此因素具有显著性。
表8 正交试验方差分析表
Table 8 Orthogonal test variance analysis table
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对于风机与输送管道入口处的压差：FA ＞FD ＞FC ＞FB ＞F0.01（2，9），且各因素项的p 值均小于0.01，则A、B、C、D 均为极显著因素，主次顺序为A ＞D ＞C＞B，试验模型p值＜0.01，整体模型显著；对于苹果的损伤体积：FA＞FD ＞FC ＞FB ＞F0.01（2，9），且各因素项的p值均小于0.01，则A、B、C、D均为极显著因素，主次顺序为A ＞D ＞C ＞B，试验模型p 值＜0.01，说明此模型显著，分析的结果有意义。
2.4.3 交互作用比较分析 在正交试验中，需要考察各因素不同水平间的复杂关系，当一个因素的水平在另一个因素的不同水平上变化趋势不一致时，则两因素间存在交互作用，且存在交互作用的2 个因素在轮廓图中存在交点[31]。2 个因素间的交互作用称为一级交互作用，3 个因素间的交互作用称为二级交互作用，二级和二级以上的交互作用称为高级交互作用，高级交互作用的影响很小，通常不加考虑[29]。本试验只针对一级交互作用进行研究。各因素间的交互作用对压差的影响如图12所示，各因素间交互作用对损伤体积影响如图13所示。
图12 各因素交互作用对压差值的影响
Fig.12 The influence of the interaction of various factors on the differential pressure value
图13 各因素交互作用对损伤体积值的影响
Fig.13 The influence of the interaction of various factors on the damage volume value
由图12 可知，对于风机与管道入口处的压差，图12 内曲线均存在交点，各因素间均存在交互作用，由图12-A～C 可知，单进风口与其他3 个因素交互作用的压差值最低，故单进风口为进风口数量的最优水平；由图12-A、D～E可知，管道与进风口间距离为50 mm 与其他3 个因素交互作用的压差值最低，50 mm为管道与进风口间距离的最优水平；由图12-B、D、F 可知，进风口倾角为30°与其他3 个因素交互作用的压差值最低，故30°为进风口倾角的最优水平；由图12-C、E～F 可知，进风口内径为44 mm 与其他3 个因素交互作用的压差值最低，进风口内径的最优水平为44 mm。
由图13 可知，对于苹果的损伤体积，图13 内曲线均存在交点，各因素间均存在交互作用，由图13-A～C 可知，单进风口与其他3 个因素交互作用的损伤体积值最低，单进风口为进风口数量的最优水平；由图13-A、D～E可知，管道与进风口间距离为50 mm与其他3 个因素交互作用的损伤体积值最低，50 mm为管道与进风口间距离的最优水平；由图13-B、D、F可知，进风口倾角为30°与其他3个因素交互作用的损伤体积值最低，30°为进风口倾角的最优水平；由图13-C、E～F 可知，进风口内径为44 mm与其他3 个因素交互作用的损伤体积值最低，进风口内径的最优水平为44 mm。
综合对试验结果数据的极差分析、方差分析与交互作用分析，各因素对压差及损伤体积影响的主次顺序为进风口数量＞进风口内径＞进风口倾角＞管道出口与进风口间距离；进风口数量最优水平为1个、管道出口与进风口间距离最优水平为50 mm、进风口倾角最优水平为30°、进风口内径最优水平为44 mm。对于压差，模型拟合的p 值小于0.01，失拟项不显著，模型的决定系数R2=0.992，校正决定系数R2adj=0.985；对于损伤体积，模型拟合的p 值小于0.01，失拟项不显著，模型的决定系数R2=0.992，校正决定系数R2adj=0.985，说明模型拟合度较高，误差较小，可以对苹果管道气力输送进风装置进行优化分析及预测[32]。进风口数量是影响进风装置性能的首要因素，在进风量相同的情况下，进风口数量越多，进风装置性能呈现逐渐降低的趋势；进风口内径与进风口倾角是影响进风装置性能的主要因素，随着进风口内径与进风口倾角的增加，进风装置性能呈现先降低后增加的趋势；管道出口与进风口间距离是影响进风装置性能的次要因素，随着管道出口与进风口间距离的增加，进风装置性能呈现逐渐降低的趋势。
2.5 验证试验
通过单因素试验分析与正交试验分析，得到苹果管道气力输送进风装置的最优水平组合是：进风口数量为单个、管道出口与进风口间距离为50 mm、进风口倾角为30°、进风口内径为44 mm。对最优组合进行重复试验，试验按照前述方法进行，试验3次重复，结果取平均值，苹果经无气力输送与经最优组合下气力输送后的损伤对比如图14与图15所示，得到最优组合下压差为82.341 6 Pa、损伤体积为85.670 2 mm3；将最优组合利用CFD 软件进行仿真分析，设置进风口体积流量为0.112 m3·s-1，得到输送管道内相对压力分布流动迹线图如图16所示，输送管道内压力在进风口处较复杂，输送管道入口与进风口间压力相对较均匀，结合正交试验结果分析，此最优组合下的压差及损伤体积均优于正交试验中的指标值，达到了较好的输送效果。
图14 苹果经无气力输送后的损伤
Fig.14 Damage of the apple after pneumatic conveying
图15 苹果经最优组合下气力输送后的损伤
Fig.15 Damage of an apple after pneumatic conveying under the optimal combination
图16 最优组合下管道内压力分布图
Fig.16 The pressure distribution in the pipeline under the optimal combination
3 讨 论
本研究的影响因素为：进风口数量、管道出口与进风口间距离、进风口倾角、进风口内径；试验指标为风机与输送管道入口处的压差及苹果损伤体积。
（1）对于进风口数量单因素试验，管道内风压随管道长度的增加呈先增加后降低的趋势，这是由于进风管道与输送管道出口间存在100 mm 的间距，风向输送管道入口处流动，在此间距内风压较小；随着进风口数量的增加，输送管道内压力的最大值逐渐降低，这是由于各个进风口之间进风存在相互抵消作用，形成涡流，随着进风口数量的增加，抵消作用变大[33]。
（2）对于管道出口与进风口间距离单因素试验，随着管道出口与进风口间距离的增加，输送管道内的相对压力逐渐降低，但降低幅度较小，输送管道出口与进风口间距离为低压段，在低压段内风压较小，风力的缓冲保护性能较低，苹果输送到此段位置时，由于风压突然低于苹果重力，使苹果离开输送管道时以较高的速度落入果箱，造成损伤，应尽量减少输送管道出口与进风口间的距离。
（3）对于进风口倾角单因素试验，风机与输送管道入口处的压差随着进风口倾角的增加呈先减小后增大的趋势，这是由于进风口设置在输送管道侧壁上，风经过进风管道斜吹在输送管道内壁，再沿着输送管道流动，期间会造成一定的损耗[34]，在一定范围内，进风口倾角越小，损耗越低，当进风口倾角过小时，风会沿着靠近进风口一侧的管道内壁流动，使输送管道内风压分布不均匀，从而使管道入口与风机间的压差变大；苹果损伤体积随着进风口倾角的增加呈先减小后增大的趋势，这是由于在一定范围内，进风口倾角越小，输送管道内风压越大，对苹果的缓冲保护效果越好，苹果受到的损伤体积越小，当进风口倾角过小时，管道内风压分布不均匀，苹果在管道内进行不规则运动，使苹果与管壁间发生多次碰撞，从而加大苹果的损伤体积。
（4）对于进风口内径单因素试验，风机与输送管道入口处的压差随着进风口内径的增加呈先减小后增大的趋势，这是由于风机出风口直径与进风管道直径不同，风经过进风管道时会造成损耗，进风管道内径越大，损耗越低，由于输送管道直径一定，当进风管道内径过大时，在进风管道与输送管道接口处风会向四周吹散，使一部分风吹向了输送管道出口，造成输送管道入口处风压变低；苹果损伤体积随着进风口内径的增加呈先减小后增大的趋势，这是由于在一定范围内，进风口内径越大，风压损耗越低，输送管道内风压越大，对苹果的缓冲保护效果越好，苹果受到的损伤体积越小，当进风口内径过大时，输送管道内一部分风吹向了管道出口，使管道内风压降低，苹果与管壁间发生碰撞，从而加大苹果的损伤体积。
（5）对试验过程与结果进行分析，得到苹果存在损伤原因及解决办法为：苹果与输送管道内存在摩擦碰撞，可在输送管道内增加缓冲层，减少苹果与管壁的撞击；进风口与输送管道连接处风压不均匀，可在进风口处设置风网，将气体分散开来，使管道连接处的风压分布相对均匀；气体在管道内存在损耗，可增加装置的气密性，将转角处做得更加圆滑，并适当增加进风量。
笔者在本研究中提出的苹果管道气力输送进风装置参数优化方法可靠，试验步骤可控，对苹果采摘管道气力输送装置的研究具有重要意义。
4 结 论
随着进风口数量及管道出口与进风口间距离的增加，管道内压力逐渐降低；随着进风口倾角及内径的增加，压差及损伤体积呈先降低后增加的趋势；对压差及损伤体积影响的主次顺序为进风口数量＞进风口内径＞进风口倾角＞管道出口与进风口间距离；最优水平组合为单个进风口、管道出口与进风口间距离为50 mm、进风口倾角为30°、进风口内径为44 mm。
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