一種半自動蘋果采摘收集機的研制

戚瑞豐，張凌沖，孫宇航，金忠博，白曉虎

（沈陽農業大學 工程學院，沈陽 110161）

我國是蘋果生產大國，產量占世界蘋果總產量的65%以上。目前，國內大部分蘋果采用純手工采摘，效率低、勞動強度大。許多果樹的高度超過人工采摘的極限高度，采摘時需要借助短梯等工具，存在一定的安全隱患。現有的蘋果采摘機械或功能單一，或可靠性差、效率不高，難以滿足果農的實際需要。國外某些發達國家的蘋果采摘機效率較高，但體型大，價格昂貴，使用技術要求較高，不適合我國的作業條件。因此，研制一種功能完善、可靠性高、成本低的蘋果采摘機械，旨在減輕勞動強度和促進蘋果產業發展。

1 蘋果采摘收集機工作原理

半自動蘋果采摘機由車體、蘋果夾緊機構、果柄扭斷機構、輸送管道、蘋果均勻分布裝置、蘋果收集箱等組成，結構如圖1所示。

作業時，舉起采摘裝置，按下蘋果夾緊手柄，通過3個夾持爪的運動將蘋果夾緊；然后按下夾持爪轉動手柄，將蘋果扭轉90°，使果柄斷裂。松開手柄后，在彈簧的作用下夾持爪復位松開，蘋果落下。輸送管道由網兜布制成，在蘋果下落過程中起減速作用。緩沖輸送裝置放在蘋果收集箱內，通過分布盤的轉動使蘋果在箱內均勻分布。當一層蘋果裝滿后，通過絲杠螺母機構使分布盤上升到下一個位置。

2 蘋果采摘收集機關鍵部件設計

2.1 蘋果夾持裝置

蘋果夾持裝置如圖2所示。

圖1 半自動蘋果采摘收集機結構示意圖Figure 1 Structural diagram of semi-automatic apple picking and collecting machine

夾持爪安裝在采摘桿上，拉線一端繞過滑輪與夾持爪連接，另一端與夾緊手柄連接。按下夾緊手柄，通過拉線使夾持爪向里轉動，將蘋果夾緊。彈簧起到復位作用。松開夾緊手柄，夾持爪立刻松開復位，蘋果落入輸送管道。

2.2 果柄扭斷裝置

當蘋果夾緊后，按下果柄扭斷手柄，通過拉線帶動夾持爪安裝桿旋轉90°，使果柄斷裂。松開手柄后，在復位彈簧的作用下，夾持爪安裝桿回到初始位置，為摘下一個蘋果做好準備。果柄扭斷裝置的結構如圖3所示。

圖3 果柄扭斷裝置示意圖Figure 3 Schematic diagram of apple handle breaking device

2.3 蘋果輸送裝置

松開夾持爪后，摘下的蘋果在重力作用下落入輸送管道。輸送管道由網兜布制成，不會對蘋果造成損失，且能起到一定的減速作用。蘋果從輸送管道另一端滾出后，落入蘋果分布盤中。

2.4 蘋果均勻分布裝置

蘋果均勻分布裝置（分布盤）由5個葉片組成，在電機的帶動下緩慢勻速轉動，如圖4所示。

圖4 蘋果均勻分布裝置示意圖Figure 4 Schematic diagram of apple uniform distribution device

蘋果由輸送管道滾落時，隨機落到某一個葉片中。每個葉片用強度較高的鐵絲制作而成，質量輕，沿安裝軸轉動靈活。當葉片下有蘋果時，葉片一端抬起，使蘋果暫時不滾下；當葉片轉動到下面沒有蘋果的位置時，抬起的一端落下，蘋果沿葉片的斜面滾下。為防止蘋果碰到鐵絲，在鐵絲外面包裹一層緩沖布料。隨著分布盤的轉動，蘋果被均勻分布到果箱的各個位置。當一層蘋果鋪滿后，啟動升降電機，通過絲杠螺母機構帶動分布盤上升大約一個蘋果的高度，開始下一層蘋果的均勻分布。當果箱裝滿后，換上空的果箱，再將分布盤下降到距離箱底約一個蘋果的位置。

此裝置起到保護蘋果的作用，且對蘋果進行分布裝箱，節省人工裝箱環節，大大提高工作效率。

2.5 蘋果分布盤升降裝置

蘋果分布盤升降裝置由直流減速電機、錐齒輪副和絲杠螺母副三部分組成，如圖5所示。

圖5 蘋果分布盤升降裝置Figure 5 Apple distributing plate lifting device

在分布盤轉動過程中，升降裝置不工作。當一層蘋果均勻擺滿后，起動減速電機，通過錐齒輪將動力傳輸給絲杠螺母副，絲杠轉動，由螺母移動控制分布盤的升降。梯形螺紋的絲杠螺母副具有較好的自鎖能力和傳動效率。升降裝置具有較好的自鎖能力，不會因分布盤產生較大的沖擊力而下降。

3 結論

半自動蘋果采摘收集機主要由采摘、輸送、收集三部分組成。采摘裝置將蘋果夾緊后扭轉90°，使果柄斷裂。輸送部分將蘋果送往果箱，同時減緩蘋果下落過程中的運動速度。收集裝置可以防止蘋果磕碰傷，將蘋果在果箱內均勻分布。該機結構簡單，操作方便，成本低廉，適用于果農采摘高處的蘋果，大大提高工作效率。