便攜式柑橘采摘裝置的研制

何逸霏

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便攜式柑橘采摘裝置的研制

何逸霏

（西南大學(xué)附屬中學(xué)，重慶 400700）

中國種植著大量的柑橘，針對目前柑橘采摘勞動強(qiáng)度大、采摘效率低等問題，設(shè)計了一種便攜式柑橘采摘裝置。介紹了裝置的主要技術(shù)參數(shù)，并且通過剪切、控制和收集等機(jī)構(gòu)介紹了總體技術(shù)方案。設(shè)計便攜式柑橘采摘裝置的主要目的是減少果農(nóng)的勞動強(qiáng)度和工作量，提高柑橘的采摘效率，降低柑橘的采摘成本。

柑橘；采摘裝置；勞動強(qiáng)度；勞動生產(chǎn)率

柑橘是一種人們喜愛的水果，種植地域非常廣泛，世界各地均有種植。然而因果實分布高低不一、農(nóng)村青壯年勞動力少等原因，柑橘的采摘效率急需提高。我國在柑橘采摘機(jī)械方面的研究相比國外起步較晚，技術(shù)沒有國外成熟；而且越先進(jìn)的采摘機(jī)械，其成本也越高，所以目前我國山地、丘陵地區(qū)的大部分果農(nóng)仍是采用傳統(tǒng)人工采摘方式，這種采摘方式勞動強(qiáng)度大且采摘效率低。采用傳統(tǒng)的人工采摘方式采摘較高枝條上的柑橘時，果農(nóng)需要站在梯子上進(jìn)行采摘，有一定的安全隱患。因此，設(shè)計一種成本低廉、能夠輔助果農(nóng)采摘、降低勞動強(qiáng)度和提高勞動生產(chǎn)率的便攜式柑橘采摘裝置是非常必要的。

1 便攜式柑橘采摘裝置的總體設(shè)計

目前市場上的柑橘采摘裝置存在以下不足：①編號用拽拉原理采摘柑橘，在拽拉的過程中可能損傷果實；②能連續(xù)采摘，但需要摘一個就放一個，采摘效率低；③雙手必須長時間控制，費(fèi)力，勞動強(qiáng)度大。針對這些不足之處，本文設(shè)計的便攜式柑橘采摘裝置功能更為完善，避免了對果實的損傷并改進(jìn)了控制機(jī)構(gòu)。整體裝置由剪切機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)和收集機(jī)構(gòu)組成，剪切機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了對柑橘的準(zhǔn)確、安全采摘；控制機(jī)構(gòu)用于控制剪切機(jī)構(gòu)的采摘剪動作，剪切果蒂；收集機(jī)構(gòu)將采摘下的柑橘通過伸縮管輸送至收集箱（袋）。通過這幾個機(jī)構(gòu)配合作用，即可實現(xiàn)對柑橘連續(xù)采摘。便攜式柑橘采摘整體裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 整體裝置結(jié)構(gòu)圖

便攜式柑橘采摘裝置主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 便攜式柑橘采摘裝置主要技術(shù)參數(shù)

參數(shù)數(shù)值單位 采摘高度范圍1～3m 剪刀閉合行程150mm 輸送管最大長度3.5m 收集口直徑200mm 采摘角度調(diào)節(jié)范圍0～180°

2 剪切機(jī)構(gòu)

剪切機(jī)構(gòu)的作用是使果實跟枝干分離，使兩者分離的方式有多種。可以是齒槽型，利用齒槽將柑橘卡住通過拽拉使枝干斷開；也可以是刀刃，直接切斷枝干。由于柑橘枝干的韌性非常大，利用齒槽拽拉采摘柑橘比較費(fèi)力，而且在采摘過程中可能損傷柑橘，所以剪切機(jī)構(gòu)選擇采摘剪，以刀刃直接切斷枝干的方式實現(xiàn)果實跟枝干分離。

圖2 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

由于柑橘的生長朝向并不統(tǒng)一，使用固定了角度的采摘剪難以完成整株果樹的采摘，所以剪切機(jī)構(gòu)由采摘剪和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，設(shè)計角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的目的是調(diào)節(jié)采摘剪的采摘角度，采摘前可以調(diào)整采摘剪的垂直角度，使刀刃與被剪枝干平行。角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示。角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由彈簧卡銷和調(diào)節(jié)盤構(gòu)成，調(diào)節(jié)盤上有定位孔，定位孔可在0°～180°范圍內(nèi)布置，通過改變卡銷對應(yīng)于不同的定位孔即可實現(xiàn)角度調(diào)節(jié)。卡銷插入調(diào)節(jié)盤上的定位孔后，剪刀即被固定在伸縮桿上，完成采摘剪的角度調(diào)節(jié)。加上角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之后，采摘下的柑橘果蒂更短，減少了果農(nóng)的工作量。

3 控制機(jī)構(gòu)

控制機(jī)構(gòu)的作用是控制剪切機(jī)構(gòu)的采摘剪動作。控制機(jī)構(gòu)布置在伸縮桿上，由采摘把手、卷線筒、支撐架和張緊盤構(gòu)成。采摘把手下方設(shè)有張緊盤，用于引導(dǎo)鋼索的走向并將鋼索張緊，張緊盤在節(jié)省空間的同時還避免了鋼索對控制機(jī)構(gòu)的干涉。鋼索從卷線筒出來后，繞過把手上的動滑輪；根據(jù)動滑輪原理，可將把手行程縮減1/2.采摘把手上端握持部分與動滑輪有一段間隙，留出手指活動空間的同時也利用了杠桿原理，使操作起來更省力。采摘時拉動采摘把手向后轉(zhuǎn)動，在鋼索的帶動下，采摘剪閉合將枝干剪斷完成一次采摘。控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

卷線筒設(shè)計有內(nèi)齒，通過與卷線筒支架上的外齒嚙合固定。鋼索需要保持張緊狀態(tài)，才能實現(xiàn)控制機(jī)構(gòu)對采摘剪的控制。當(dāng)伸縮桿的長度改變時，鋼索的長度需要隨之改變。將卷線筒沿軸向抽出一定距離使嚙合的齒脫離，即可轉(zhuǎn)動卷線筒改變鋼索的長度。調(diào)節(jié)完成之后將其推回，使齒嚙合，即可保證伸縮桿長度變化前后鋼索是張緊狀態(tài)。伸縮桿末端設(shè)計有弧形支撐架，在使用本裝置工作時，支撐架抵在腰間作為一個支點(diǎn)，減輕勞動強(qiáng)度。

4 收集機(jī)構(gòu)

收集機(jī)構(gòu)由收集口和伸縮管組成，收集口呈漏斗形，如圖1所示，上端用于承接剪切下的柑橘，因此收集口上端的直徑設(shè)計較大，確保柑橘能全部進(jìn)入收集機(jī)構(gòu)。收集口下端與伸縮管連接，柑橘進(jìn)入收集口后，順著伸縮管進(jìn)入地面的存放箱（袋）。采用伸縮管輸送的目的是：在伸縮桿長度變化之后，伸縮管能隨之改變長度。同時伸縮管具有一定的緩沖作用，可減少輸送過程對柑橘的損傷。

5 總結(jié)

本文分析了現(xiàn)有柑橘采摘裝置的不足，提出了改進(jìn)方案。便攜式人工柑橘采摘裝置能夠極大地提高采摘效率，也能夠降低勞動強(qiáng)度。本采摘裝置不僅限于柑橘采摘，對其他水果也能夠采摘收集。此外，該采摘裝置的設(shè)計滿足安全性和經(jīng)濟(jì)性要求。此便攜式柑橘采摘裝置實用性較好，造價合理，具有一定的推廣價值。

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2095－6835（2018）18－0113－02

S225.93

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.113

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕