大棗采收分選一體化裝置

韓 策 張興宇 付利榮 曹雷天 郭橋雨

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大棗采收分選一體化裝置

韓 策 張興宇 付利榮 曹雷天 郭橋雨

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 河北 保定 071001）

現(xiàn)階段針對我國的大部分棗農(nóng)來說仍然處于人工敲打、人工對落地大棗進(jìn)行收集、人工進(jìn)行棗與枝葉的分離的狀態(tài)。本文針對采摘棗子的現(xiàn)狀，研究提出了一種大棗采收分選一體化機(jī)。該裝置通過振動(dòng)裝置與風(fēng)機(jī)吹風(fēng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對已成熟的大棗進(jìn)行無損傷采摘；經(jīng)過裝置的二次棗與葉的分離后，棗的潔凈率≥99%。分選后的大棗收集到網(wǎng)袋中，便于運(yùn)輸和測產(chǎn)。傘狀收集裝置通過4套曲柄連桿機(jī)構(gòu)，并利用彈簧回彈力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉合，無需動(dòng)力源，工作安全可靠，節(jié)能環(huán)保；該裝置可采用12V蓄電池或發(fā)電機(jī)等供電，便于不同棗園作業(yè)，操作便捷，成本低廉，具有良好的市場推廣前景。

大棗無損傷采摘；傘狀軟布收集；棗葉二次分離；無動(dòng)力張合

該裝置未張開傘前，長1.4米寬0.5米高0.6米。長張開傘后，長1.8米寬0.8米高0.6米，適用于矮化棗樹的采摘。通過模塊化設(shè)計(jì)，主要包含傘狀收集模塊，風(fēng)吹與振動(dòng)模塊，風(fēng)力二次分離枝葉模塊，大棗運(yùn)輸模塊，大棗裝袋整理模塊。通過各類機(jī)械結(jié)構(gòu)的配合，完成工作，有效地降低成本，節(jié)省能源。利用風(fēng)能與流體力學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)大棗的運(yùn)輸，枝葉分離等多項(xiàng)功能。

1 傘狀收集裝置模塊設(shè)計(jì)

大棗掉落以后匯集在傘狀的結(jié)構(gòu)中，這要求傘狀結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度，綜合傘狀結(jié)構(gòu)的受力情況與張開面積最大化，實(shí)地調(diào)查果園矮化棗樹的行距與列距，采用了半徑為800mm的傘架半徑，傘架與水平面選取了20°的傾斜角，方便大棗滑落至漏斗進(jìn)行下一步的風(fēng)道內(nèi)的分選與運(yùn)輸。

收集裝置采用4套曲柄連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)形成傘狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)支撐傘部，并且在前端加有彈性繩，實(shí)現(xiàn)在小車推向棗樹的同時(shí)自動(dòng)張開，在傘架結(jié)構(gòu)上裝有彈性布料對掉落的大棗起緩沖作用，避免損壞大棗果皮。收集裝置采用長方形的框架連接支架，支架與支架之間的距離為170mm，為了使支撐傘部的支架共同運(yùn)動(dòng)，在連接支架與支架之間采用連桿連接，使傘狀支架處在一個(gè)平面，保證傘架與傘架之間運(yùn)動(dòng)沒有干涉，方便傘狀結(jié)構(gòu)的流暢的開合，增加機(jī)構(gòu)的靈活性。傘狀結(jié)構(gòu)采用彈簧回彈裝置，張開到最大化時(shí)，彈簧拉緊，前端支架上面有強(qiáng)力磁鐵，靠近時(shí)，兩端支架吸合。不需要外加任何的動(dòng)力源就能自動(dòng)控制傘狀結(jié)構(gòu)的開合，控制簡單可靠，節(jié)能環(huán)保。

2 搖振裝置和風(fēng)吹裝置組合采摘模塊設(shè)計(jì)

棗樹的固有頻率為15~25Hz，為了與棗樹達(dá)到共振對大棗高效采摘，搖振裝置的頻率取為15~25Hz。單純對大棗采摘的搖振振幅為30mm,但因振幅過大會(huì)對棗樹樹干造成一定傷害。考慮到對大棗能夠進(jìn)行無損傷的采摘，搖振下棗樹的振幅為1~2mm，采取搖振與風(fēng)吹方式相結(jié)合的方式進(jìn)行無損采摘。打破單一的采摘方式，結(jié)合了風(fēng)吹的方式對大棗進(jìn)行采摘。

（1）風(fēng)吹方式的設(shè)計(jì)

風(fēng)吹采摘助力機(jī)構(gòu)由風(fēng)機(jī)、伸縮管、細(xì)長管口組成，風(fēng)速調(diào)節(jié)為無級(jí)調(diào)速，以滿足不同作業(yè)環(huán)境。選用12V，轉(zhuǎn)速最大22000r/min的風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為430m3/h,經(jīng)過管道縮頸，手持直徑為50mm。經(jīng)過此機(jī)構(gòu)風(fēng)速變大，掃風(fēng)面積增加，吹棗效果更好。裝置出口風(fēng)速最大可達(dá)到21.81m/s,風(fēng)吹可以吹開初次分離的葉子，進(jìn)行初次棗葉分離。

（2）搖震方式的設(shè)計(jì)

搖震機(jī)構(gòu)通過上層板加下層板，上層板連接兩個(gè)夾持機(jī)構(gòu)，兩個(gè)夾持機(jī)構(gòu)和齒條連接，再利用棘輪機(jī)構(gòu)的特性使棗樹固定，在下層板上面固定一振動(dòng)電機(jī)，振動(dòng)電機(jī)采用電機(jī)加偏心輪，偏心輪偏心距可以改變，以適用不同振幅的棗樹。

經(jīng)實(shí)地測量，樹干直徑一般為65mm到150mm，要實(shí)現(xiàn)對一般棗樹進(jìn)行無損傷夾緊并且搖振的方式進(jìn)行采摘，通過實(shí)驗(yàn)得到，兩個(gè)夾持機(jī)構(gòu)通過樹干的反作用力運(yùn)動(dòng)分別向里運(yùn)動(dòng)30°到45°，將樹干進(jìn)行夾持，同時(shí)推著棘輪機(jī)構(gòu)中的齒條相內(nèi)運(yùn)行進(jìn)行反向鎖死，保證在搖振過程中保證夾持力的恒定，不可出現(xiàn)松脫現(xiàn)象，使搖振工作穩(wěn)定可靠。通過抬起鎖死齒條的棘輪機(jī)構(gòu)，向后推動(dòng)小車，振動(dòng)機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離棗樹的同時(shí)，傘狀裝置利用彈簧的彈力克服磁鐵吸力自動(dòng)閉合。

3 風(fēng)吹裝置進(jìn)行棗葉分離模塊設(shè)計(jì)

該裝置利用不同形式的直徑為100mm的塑料管道組成，首先三通管道一端連接風(fēng)機(jī)，該三通管道中安裝擾流板，三通上面連接加工過的三通，使此三通一端與漏斗無縫連接，作為進(jìn)棗與葉子的入口，另一端加一個(gè)45°彎頭與100mm短管作為葉子的出口，使葉子排到田間，棗子由于重力落入下面的三通中，連接一個(gè)45°彎管和一個(gè)400mm的長管，長管末端加網(wǎng)兜，實(shí)現(xiàn)大棗的收集。

大棗采摘下來在掉落的過程中，由于大棗與枝葉的密度相差較大，在風(fēng)吹裝置的風(fēng)力作用下，實(shí)現(xiàn)大棗在掉落過程中大棗與枝葉的初步分離；掉落在傘狀收集裝置上的大棗和棗葉可順利落入中間的漏斗輸入口中，進(jìn)入后續(xù)風(fēng)道。而棗枝等體積較大的雜物，被狹小的輸入口攔截在分選管道口，排除了樹枝對棗葉分選的干擾。通過風(fēng)機(jī)與風(fēng)道進(jìn)行風(fēng)速與風(fēng)向的分配控制，利用定長管流的動(dòng)量方程與伯努利定理，在管道內(nèi)置擾流板，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)與理論分析，得出擾流板與豎直面的角度為11°時(shí)，此時(shí)風(fēng)向與風(fēng)速的配比達(dá)到分離棗葉的最佳效果，使棗葉分離率≥99％。

4 總結(jié)

在人工摘棗費(fèi)時(shí)費(fèi)力，大型摘棗裝置成本過高，不易普及與棗樹矮植化的背景下，該裝置的優(yōu)點(diǎn)是單人便可完成且易于操作，省時(shí)省力；在田間、山區(qū)行走靈活，采摘效率高。綜上所述，該裝置易于普及，批量生產(chǎn)成本在千元以內(nèi)，棗農(nóng)易接受。

[1]馬俊貴.國內(nèi)第一臺(tái)多功能果園作業(yè)機(jī)問世[J].信息咨詢.

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[4]吳杰，郭康權(quán)，葛云，王艷云.2012.香梨果實(shí)跌落碰撞時(shí)的接觸應(yīng)力分布特性.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)

at present, most jujube farmers in our country are still in the state of artificial beating, collecting and separating Chinese jujube from branches and leaves. According to the present situation of picking jujube, this paper puts forward an integrated collecting and sorting machine for jujube. Through the combination of vibration device and blower blowing, the device can pick mature jujube without damage, and after separating secondary jujube and leaf of the device, the cleanliness rate of jujube is≥99%. After sorting, jujube collected into the net bag, easy to transport and yield measurement. The umbrella collection device is automatically closed by four sets of crank and connecting rod mechanisms, and spring rebound force is used to realize automatic closure without moving The device can use 12V battery or generator to supply power, which is easy to operate in different jujube garden, easy to operate, low in cost, and has a good market prospect.

Zizyphus jujuba undamaged picking; Umbrella soft cloth collection; secondary separation of jujube leaves; No dynamic tensioning

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.11.046

S225.93

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1672-9129(2017)11-0039-01