便攜式摘果器

許書菡

（金陵科技學院，江蘇 南京 210000）

便攜式摘果器

許書菡

（金陵科技學院，江蘇 南京 210000）

便攜式摘果手是解決農業(yè)中人工摘果效率低，果樹高，摘果困難等問題的一項設計。本文主要介紹了便攜式摘果手的功能及設計，水果采摘行業(yè)的前景。該設計利用兩個微型電機作為動力元件，解決了農民在摘果時，長期持續(xù)一個系列動作造成對身體上的傷害。本文介紹了便攜式摘果手的設計思路，使用方法。另外，著重介紹了便攜式摘果手的功能、結構和各部件的具體設計。通過對次設計的調試，羅列出許多在實驗中遇到的問題以及解決方案。本文最后對該設計的應用做了總結，并針對該課題將便攜式摘果手今后的前景做了一個展望。

手推車；電動控制；保護果品；采摘工具

在社會經濟的發(fā)展中，農業(yè)是我們人類不可缺少的一部分。更多情況下，人類的生存與發(fā)展則以農業(yè)作為堅實的后盾。當然在展望美好前景的同時，我們也需要面對現(xiàn)實中不可忽視的一些問題。例如，農業(yè)采摘過程中采摘效率較低。那么，如何改善農業(yè)生產效率低下這一問題？則是國家乃至整個人類社會一直以來討論的話題。在資源極度緊張的情況下，為人類的基礎事業(yè)貢獻一份微薄的力量，是我們這個世紀的青年應當思考和付出實踐的事情。

結合國外設計經驗與國內果農現(xiàn)況，閱讀有關技術資料，包括果樹情況等，便攜式摘果手設計主體思路是一種手持、輕便，并利用電力驅動直流電機提供伸縮和剪刀閉合動力的采摘水果的摘果裝置。位于副桿頂端的剪刀通過電機提供動力可以輕而易舉地剪斷果蒂或細枝條，使被剪刀剪斷果蒂的水果落入袋中，順著傳輸帶落到到橡皮質地的減震裝置上，通過袋內的彈力裝置，減少了水果在做自由落體運動時，落地的一瞬間產生的動力勢能，減輕了水果的表面碰撞問題。從而保護了果品的表面完好度，在一定程度上提高了水果的市場價值。

一、便攜式摘果手的結構和功能

便攜式摘果手攜帶方便，果農可把便攜式摘果手放置在較小空間內，占地面積小，大多用于采摘蘋果，梨子等硬質水果。

剪刀（如圖1和圖2所示）：剪斷果蒂，由于在剪刀刀片上弧形設計，可以防止果蒂從剪刀上滑出。

減速箱（圖3）：逐次降低電動機上的轉速，以達到剪刀開合時所需的速度。

伸縮桿：控制剪刀的方向，并適應高低不同的果樹

蝸輪蝸桿調速裝置（圖4）：降低電動機的速度及方向，使伸縮桿完成適當量的伸縮。

傳輸袋：在采摘過程中，便攜式摘果手有固定的果品下落通道，保證水果能夠順利的落入籃筐中。

水果緩沖裝置：當水果穿過緩沖裝置時，緩沖裝置減緩了水果從高空落下自由落體時的速度，減少果品從高空墜落的傷害。對果品有緩沖，不破壞水果的品相。

驅動裝置：以電能驅動代替?zhèn)鹘y(tǒng)人力，減少勞動者負擔，更加人性化。

二、總體方案設計

便攜式摘果器如圖5所示，其整體是包括電源、電機、滾珠絲桿、減速箱、果蒂專用剪刀、連桿機構由外管、內管和鎖緊裝置構成。當電機一得電時，電動機轉動可帶動滾珠絲桿的轉動從而使內桿向上傳遞，實現(xiàn)電動控制伸縮桿升降的效果。電動伸縮桿的上部裝有一個迷你的電機以及變速箱，最頂端裝有專用剪刀。在剪刀與伸縮桿之間用鉸鏈鏈接在變速箱里的偏心軸上，并且通過頂端電機的得電從而控制偏心軸的轉動，最終完成剪刀的開合。在整個過程中，剪刀的控制開關被放在了推車手柄右端，通過按動開關控制剪刀閉合，而伸縮桿的上下控制按鈕則被設計在了推車手柄的左端。使兩種功能開關分開的原因是為了減少果農在摘果時因混淆開關而產生錯誤操作。

果農先推動小車（圖6）移動至果樹下方，拿起摘果裝置，用手按住手柄左端的上下控制按鈕把伸縮桿調整到適當的高度，使伸縮桿端部的剪刀對準果蒂，踏板控制著剪刀的閉合，當果農踩下踏板時，剪刀閉合，水果從而順勢的落入傳送帶中，在傳送帶內部安裝了一個彈性質地的網狀結構（緩沖裝置），水果可通過傳送帶首先落到緩沖裝置上，而后又因自身的重力及加速度穿過緩沖裝置。由于水果自由落體時通過傳送帶中的緩沖裝置減弱了一部分勢能，當水果最終落在果筐之前，已經很大程度上減少了撞擊對水果果品產生的損害。從而保護了水果的外觀質量。推車上籃筐可以拆卸，以便果農采果時，果籃裝滿后替換。

三、電機控制方案

現(xiàn)在市場上的電機種類非常豐富，結合摘果手的設計思路與客觀經濟條件，對市場上的各類電機進行篩選。

電機是便攜式摘果手最為核心的裝置，作為基本動力來源，能直接決定便攜式摘果手的使用效果，結合便攜式摘果手使用的特性，根據其啟動、正轉、反轉、使用頻率、超負荷運載等性能需求以及客觀經濟狀況和維修因素選擇電機。

本次設計的便攜式摘果手的電動機的使用特點為頻繁短時間運行、快速啟動、正反轉、承受過載、無調速要求。依據電動機類型參照表，直流電動機有著快速頻繁啟動、正轉和反轉、大過載能力、順滑的速度、精切、方便使用、低價易于保養(yǎng)等特點。故本次便攜式摘果手選用直流電動機。

1.傳輸緩沖裝置

減震裝置配置在傳輸袋中，利用皮筋的彈性，使高空自由落體的水果得到緩沖，以至于不損壞到水果，并且利用皮筋的張力，當水果落在橡皮網上，由于水果自身的重力使皮筋之間的距離變大，從而使水果落入筐中。如圖7當水果自由落體時水果向下的重力F1，果品減震裝置對水果有向上的力F2，F(xiàn)3，向左右的力F5，F(xiàn)6，使落下的水果的動能減少。此裝置減少了水果在采摘時對水果的碰撞，最大限度的保證了果品的質量。

圖7為緩沖裝置的簡單示意圖，橡皮筋圍成的網略小于平均水果的直徑。例如采摘蘋果時，橡皮筋圍成的矩形網絡邊長大約在60mm左右，一般蘋果的直徑大概在90mm左右，在當蘋果下落時，利用橡皮網的張力，對蘋果起到緩沖作用，減少了蘋果在落入果筐的一瞬間受到的碰撞。

目前在小型果樹種植戶中，存在生產效率低，勞動力耗費量大等問題。以上問題導致水果成本的增加，使我國果農面臨的一個嚴峻的挑戰(zhàn)。果農們迫切需要一種可以解放生產力，提高生產效率的工具。目前市場上有很多種類的采摘工具，大多價格較高，使用不方便，不易攜帶，更有甚者在采摘時會對果品有較大損傷。

結語

在許多大型會議上，國家領導人反復強調農業(yè)的重要性，不斷的出臺關于農業(yè)新的政策，保證農民的收入和種植農產品的積極性。另一方面，隨著生活水平的提高，人們對于蔬果等農產品的需求量日益增加。這些都不斷推動著果樹種植業(yè)的發(fā)展，從而使各個地方的果樹種植業(yè)逐漸興起，不論城市還是農村，人們對于水果采摘市場的憧憬與熱情變得一發(fā)不可收拾。

便攜式摘果手是面向中小型果樹種植戶的設計，價格低廉，果農容易接受，且操作簡單、方便，在許多的地方有著不可替代的作用。便攜式摘果手利用踏板來代替手動施力，在踏板上運用了杠桿裝置更減輕了農民的勞動力。便攜式摘果手的刀片的設計靈感來源于鋸齒，增加果蒂與剪刀直接的摩擦力。在操作的過程中使用便攜式摘果手，可以方便地把果實采摘下來。

［1］任榮.便攜式摘果器， Portable Fruit collectors： CN， CN 203618386 U［P］. 2014.

S237

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