大型枸杞采摘機振搖系統(tǒng)動力輸入方式的選擇

馬曉燕

摘要：精河枸杞素有“紅瑪瑙”之稱，其果實鮮紅、粒大飽滿、皮薄肉厚、含糖豐富、藥用價值高，頗受消費者青睞。隨著地區(qū)產(chǎn)業(yè)化不斷發(fā)展，人工采摘枸杞的局限性逐漸體現(xiàn)出來，如何提高枸杞采摘率，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，就成為現(xiàn)階段我們需要重點研究的內容。該文主要結合實際情況，就大型枸杞采摘機振搖系統(tǒng)動力輸入方式的選擇進行了分析，希望通過本次研究對同行有所助益。

關鍵詞：枸杞；采摘機；振搖系統(tǒng)；動力輸入；方式選擇；精河縣

枸杞屬于茄科枸杞屬，多分支灌木植物，是名貴的藥材與滋補品，也是“食藥同源”的功能型特產(chǎn)資源。由于枸杞生長具有“無序花序，連續(xù)花果”的特點，即開花、結果、成熟同時進行，致使采收工作的難度較大。截至2016年，全縣枸杞種植面積累計達17萬畝，其中無公害枸杞產(chǎn)地認定和產(chǎn)品認證面積達7.6萬畝，創(chuàng)建全國出口枸杞標準化生產(chǎn)基地13萬畝。全縣枸杞總產(chǎn)量可達2.7萬噸，枸杞干果總產(chǎn)值突破5億元，綜合產(chǎn)值達7億元。

據(jù)調查，人工采摘枸杞的效率僅為3-5 kg/h，面積逐年擴大，收獲季節(jié)用工荒問題日益突出，每年盛果期都有大量枸杞因不能及時采摘而爛在地里，故而人工采摘嚴重制約了枸杞產(chǎn)業(yè)高效優(yōu)質發(fā)展。因此，加快枸杞采摘機械化步伐，用便捷高效的機械化收獲替代繁重低效的人工采摘，迫在眉睫，刻不容緩。

一、枸杞采摘機振搖系統(tǒng)動力輸入方式對比分析

1、曲柄連桿結構分析

在機體裝置上由多柱旋轉桿分布著若干橡皮筋和尼龍繩，旋轉桿和橡皮條旋轉過程中，通過柔性橡皮條連續(xù)旋轉方式，保證旋轉桿能夠任意移動，從而將果實碰撞掉脫落在收集器中。其基本特征是機體裝置是由一個鋼絲軟軸通過一個接頭和套筒內裝置輸入轉動軸連接在一起，在輸入軸一段連接齒輪，套筒和輸入轉軸固定在機器殼中間位置上，在機殼內部分布了一排多柱旋轉桿，在旋轉桿上安裝了轉輪或者齒輪，輸入轉軸上安裝的皮帶輪布置有皮帶，皮帶串聯(lián)至各旋轉桿上安裝的轉輪。從這個結構可以看出，整個機體結構比較簡單，使用也比較方便，采用柔性橡皮條或尼龍繩的旋轉，可以降低果實的損傷率和減少枝葉的破傷，整個機體重量較輕，攜帶也比較方便，成本造價較低，推廣比較容易。設備內部設計為12 柱旋轉桿來采摘枸杞，可以每小時采摘成熟果實60 kg左右，相當于約人工采摘的20倍，大大提高工作效率。但是該結構和存在明顯的缺陷，由于采用柔性橡皮條或尼龍繩旋轉，磨損率較高，需要經(jīng)常更換設備，后期維護成本較高。

2、齒輪結構分析

整個結構屬于一種質量不平衡驅動裝置構成，如圖1所示，其中1代表齒，2代表齒輪，3代表震蕩驅動，4為不平衡的質量，5為枝條。α為齒的角度，15°；φ為震蕩角度，8.6°；s為振幅45 mm；Rz為齒半徑，3000 mm；Rw為有效半徑；F為離心力。在整個設備運行過程中果實脫落實際主要取決于質量加速度等因素，機械在借助震蕩齒輪的幫助下，枸杞果實被卡在齒間，震蕩驅動使得齒輪來回轉動，參數(shù)如圖所示。結果枝上果實的加速度能夠達到相應的標準之后，加上果實自身的重量，就能夠自行脫落。這種采收機械對于生長所較為統(tǒng)一的枸杞植株才能達到最大收獲率，采收機生產(chǎn)能力由可容納性的果枝量和每個結果枝上采收的果實量綜合確定，采收時間過早或者過晚都會對果實質量和損耗率產(chǎn)生影響。同時，這種機械設備在使用過程中容易產(chǎn)生疲勞。

3、偏心輪結構分析

枸杞采摘機主要由電動機、高頻發(fā)生器、偏心輪、連桿和抓枝器等組成，其工作原理是借助電動機和高頻發(fā)生器使枸杞樹枝發(fā)生震動，從而將果實振動搖落。偏心輪結構的枸杞采摘機根據(jù)枸杞樹體生長特性和結果習性設計出了“梳狀”、“排齒”采果頭，可保證成熟果實能夠采下，而花、青果、葉無損傷。控制系統(tǒng)包括手柄、傳動箱、傳動系統(tǒng)、調速器等；以蓄電池作為動力源，輕便、易操作，充一次電工作時間可達到20 h以上，可保證全天滿負荷運行；設計出了兩個“L”接收裝置，對接成“U”形裝置，收集效果好，成本低；采摘效率達到10kg/h以上，生產(chǎn)效率是人工采摘的5-10倍，采凈率在90%以上，采摘的果實無機械損傷，不會對樹體生長和產(chǎn)量造成影響。

4、凸輪結構分析

整個結構是由采摘插頭、凸輪、電機、機殼和開關組成，如圖2所示。枸杞果實脫落質量葉和加速度取決于質量和加速度，將采摘機插入到枸杞枝條中，開啟啟動鍵，讓插頭左右震動，保證果枝上的果實達到必要的加速度，加上果實自身的質量，保證果實脫落，插頭左右的震動主要由點擊和插頭之間凸輪連接實現(xiàn)。這種機械設備同樣和齒輪結構的果實采摘機缺點一樣，采收質量受時間影響，震動容易產(chǎn)生疲勞。

二、枸杞采摘機振搖系統(tǒng)動力輸入方式選擇

結合本地區(qū)實際情況，上述四種動力輸入方式都會產(chǎn)生震動疲勞，但是從綜合采收效率，設備使用壽命來看，偏心輪結構的枸杞采摘機適應性和采摘效率更高，并且能夠連續(xù)作業(yè)20 h以上，果實機械損傷較小，不會對枸杞樹生長造成影響。因此，應該選擇該種結構形式的枸杞采摘機。2015年在精河縣采用偏心輪結構的枸杞采摘機進行采摘實驗，每臺每小時最少可采摘枸杞10 kg，采凈率達到90%，果實破損率不足5%。當?shù)厝斯げ烧慨€枸杞僅采摘費一項達到2250元，應用枸杞采收機每畝采摘費僅為1100元左右，比人工采收節(jié)約一半以上，經(jīng)濟校效顯著。