便攜式電動水果采摘分級裝置的設計

周麗琴

摘要：針對當前我國水果采摘現狀，研制一種便攜式電動水果采摘分級裝置。介紹該裝置的結構和工作過程，闡述各主要工作部分的詳細設計。該裝置結構簡單、操作簡便、攜帶方便、安全可靠，可提高采收效率、降低勞動強度，適用于大部分果園。

關鍵詞：水果采摘；水果分級；便攜式；結構；設計

中圖分類號：S225.93 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）02-0015-03

我國是世界第一大水果消費國，但我國果園生產的機械化水平還處于起步階段，尤其是水果采收機械化程度低。國內個體果農采收水果主要有以下方式：一是手持式剪切采摘器。利用剪刀進行人工采摘，采摘的果實通過簍子收集，再通過分類孔一個一個進行人工分級。二是基于剪刀的高處采摘。由剪刀柄處的夾持裝置夾好水果，利用伸縮式的剪刀剪切果柄，再把剪刀放下，取下水果。三是手抓式摘果器。通過模仿人手的采摘動作，抓住水果后旋轉摘果器，使果實和果柄分離。四是一些高校、科研機構設計研制的自動化機械采摘設備，如關節型蘋果采摘機械、多功能果園作業機、紅棗收獲機等，但這些裝置在價格、效率、使用便捷等方面都存在不足。本課題研究設計一種水果采摘分級裝置，可實現單人采摘、收集并同時分級，適用于蘋果、柑桔等水果的高效率采收。

1 水果采摘分級裝置總體設計

從采摘、接果、分級、收集4個方面進行水果采摘分級裝置的設計。采摘部分是一個手持式電動切割機，結構輕巧、角度可調，使用時打開電源開關使鋸片旋轉，鋸片外部設置有保護罩，保護罩前端陣列開設有若干縫隙，可以伸進密集的樹枝中，從不同的方向輕松切斷果柄。水果落下進入接果裝置，通過接果裝置的S形緩沖落到收集及分級裝置中，從一個逐漸開大角度的鏤空V型導流槽按果徑大小被逐個分級，符合相應尺寸的果子會從V型導流槽下方鏤空處掉落，進入收集箱中。果農從收集箱中拿出進行過分級的水果，不需要再進行人工分選。收集箱上裝有行走裝置，可根據果園的地形選用不同的車輪，果農單人就能推拉移動該行走裝置。

2 工作過程分析

根據水果采購商的要求，果農在采摘水果后需對水果進行分級。使用本裝置時，首先將采摘裝置置于水果果柄處，打開握持桿尾部的電源開關，保護罩內切割鋸片旋轉切斷果柄，水果落入緩沖的布管，進入分類V型導流槽，根據果徑大小進行分級后落入對應的收集箱中，即完成水果的采摘及分級工作。該裝置單人操作即可完成水果采摘、水果收集及水果分級，整體性好，操作便捷。采摘裝置與接果裝置可拆卸，作業后可以把采摘頭的部件分拆下來放入收集箱推走，移動方便。

3 主要部分設計

3.1 采摘裝置

使用簡單力學原理即可將果子摘下來，一是用勾爪勾住水果整個拉下（或剪刀剪下果柄），二是用鋸片切斷果柄使果與枝分離。由于用勾爪容易劃傷果子，采摘質量無法很好地控制，所以該裝置選擇用鋸片切斷果柄。

采摘裝置包括握持桿、連接彎頭、保護罩、旋轉鋸片、連接套管、連接彎管、連接塊和連接圓環圓（如圖1所示）。握持桿前端固定連接有連接彎頭，連接彎頭下方固定連接有保護罩。保護罩為一空心的半球形狀，保護罩前端陣列開設有若干縫隙，旋轉鋸片位于保護罩內部，且旋轉鋸片與保護罩的底面相互平行。直流電機固定安裝在連接彎頭的內部。保護罩下方設有與接果緩沖布管連接的連接圓環，連接圓環后端通過連接塊、連接彎管、連接套管與握持桿固定。果柄可以從保護罩的縫隙里通過從而被旋轉的鋸片切斷。

3.2 接果裝置

由于采摘的水果距離地面有一定的高度，自動收集水果需要緩沖水果掉下來的動能及重力勢能而安全落地，一是用不易變形的鋁箔管連接采摘頭，二是用柔軟的布管連接采摘頭。為了保護水果不被損傷，選擇用柔軟的布管作為接果裝置，縫合一小部分側面把內部改為接近S形，以緩沖水果落下的勢能及消耗一部分動能，減小水果與導流槽碰撞時受到的沖力，從而保證水果整體的完整性。

接果裝置包括緩沖布管和金屬環（如圖2所示）。布管的長度方向上間隔設有若干金屬環，金屬環與布管固定連接；布管上設有若干縫合部，使布管形成接近S形的形狀，水果從高處落下時，在布管縫合部緩沖消耗動能，從而減少水果損傷。

3.3 分級及收集裝置

水果分級方法很多，要設計一個能完好收集多種水果并對其分級的裝置，關鍵點在于如何分離相應尺寸的水果，提出2種設計方案：一是放置一個傾斜的光滑長板，在上面垂直放置若干橫桿，按果徑從大到小設置橫桿的高度，從而通過橫桿擋住落下來的水果，被擋住的果子通過橫桿時就會改變運動軌跡，從側面掉入下方收集箱。二是放置一個V型導流槽，根據不同的水果分級標準制作分級盤，落下的水果掉入導流槽后可根據果徑從小到大進行分類。V型導流槽底部是鏤空的，兩塊擋板之間有一定角度，水果在其中運動時重心不斷下移，因而能向前滾動，由于存在一定的角度，導流槽開槽距離逐漸增大，大于水果子直徑便會使水果落下，掉入下方收集箱。方案一由于橫桿的存在，個別尺寸“剛好”的水果會在下滑力的作用下擠入橫桿而被卡住；方案二中兩板在側面支撐，不存在卡住的問題，也能實現分級的功能，因此選擇方案二的設計。

分級及收集裝置由分級裝置和收集箱組成（如圖3所示）。1） 分級裝置包括底部斜板、側部斜板和端部梯形板。底部斜板的兩端分別插入左側板和右側板上端的連接口內，底部斜板上開設有從左到右逐漸增大的開口；側部斜板設有兩塊，其底部位于開口的兩側且與底部斜板固定連接；端部梯形板設有兩塊，分別位于開口的兩端，其與底部斜板、側部斜板固定連接；端部梯形板、底部斜板和側部斜板構成V型斜道。2） 收集箱包括底板、左側板、右側板、后端板和若干立板。底板的左右兩端分別豎直設有左側板和右側板，均固定連接在底板上，底板的后端豎直固定連接有后端板；左側板和右側板之間設有若干高度遞減的立板，左側板、右側板和立板均與后端板固定連接，這樣左側板、立板、右側板之間形成若干落果空間，不同規格的果實分別落入不同落果空間內，果實可以暫時少量存放在落果空間內，然后及時取出即可。

3.4 行走裝置

為了方便行走，在收集箱上安裝車輪。可根據果園實際地形選用不同類型的輪胎。

4 結語

便攜式電動水果采摘分級裝置集水果采摘、收集與分級于一體。該裝置安全可靠、操作簡便（可單人操作）、攜帶方便，可實現在復雜農場中對各種水果進行采收，提高采收效率和質量，降低勞動成本，具有一定的推廣應用價值。

參考文獻

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