感應式電動采棗器的設計與應用

張衛衛　潘瑩　王浩銘　鄧沖　任夢陽

摘要：結合實用性和經濟性，設計一款感應式控制的電動采棗器，用于平地、坡地、山地等多種地域，實現定位、動力振動、傘式多果收集的一體化采摘。棗園采摘作業試驗表明：電動采棗器的采摘效率大約為徒手采摘的2倍，采摘高枝棗的優越性更加明顯。

關鍵詞：采棗器；感應式；設計；動力振動

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）01-0029-03

目前，我國果樹大多分散栽培，加之種植地域大多為坡地，大型機械難于開展作業，仍以人工采摘為主，勞動強度大，勞動效率低。為此，結合實用性和經濟性，設計一款基于自感應式控制的電動采棗器。電動采棗器適用于平地、坡地、山地等多種地域，單人操作，可實現定位、動力振動、傘式多果收集的一體化采摘作業，采收效率高。

1 電動采棗器的工作原理

電動采棗器主要由動力振動裝置、可調節握桿、傘式收集裝置等組成，整體結構如圖1所示。

將可調節握桿調整到適宜高度，把掛鉤振動器掛在果實集中的樹枝上，枝干對光的遮擋驅使紅外傳感器自行接通電源，電機帶動偏心振動盤旋轉，掛鉤產生足夠量的振頻和振幅，使棗果脫離枝丫自由墜落，完成棗果采摘。彈性聯結器可有效減震，防止可調節握桿擺動和對采摘者手部造成傷害。

2 電動采棗器的設計

2.1 開關裝置

在握桿頂部設有電源總開關，采摘作業前打開總電源，采果器處于待機狀態。選用常開的光電轉換開關，其常態為斷，工作原理如圖2所示。枝干處于圖2所示位置時，枝干阻斷激光發射頭與激光接收頭之間光線的傳輸，直流光控開關閉合，電源和負載形成閉合回路，掛鉤振動器通電工作。

2.2 掛鉤振動器

掛鉤振動器主要由電機和變速器、控制電路、彈簧、偏心盤等組成，通過彈簧連接在可伸縮握桿的頂端，如圖3所示。

當枝干進入勾狀切割口，光電轉化開關閉合，控制電路開始工作，接通電源與電機和變速器，輸出軸帶動偏心盤4以3 000 r/min的速度旋轉。由于偏心力的存在，掛鉤產生一定的振頻和振幅。掛鉤振動器離開枝干后，紅外光線傳播恢復，光電轉換開關斷開，控制電路斷開電源與電機的連接，電機停止旋轉。光電轉換開關、枝干、電機組成一個閉環自感應控制系統。

2.3 可調節握桿

可調節握桿包括手柄、調節器、握持套和可調桿，結構如圖4所示。

可調桿于調節器處分為上下兩截，上半截桿規格為Φ25 mm×1 mm，下半截桿規格為Φ27 mm×1 mm。松開調節器，可調桿的上半截桿可向下半截桿內縮進或伸出，在0～2.5 m的范圍內調節；下半截桿長3.0 m；整個采棗器的長度在3.0 ～5.5 m內可調。人的身高及臂展約2.0 m（按身高1.7 m計算），故電動采棗器的作業高度范圍約為5.0～7.5 m。目前，棗樹的樹冠高度一般為5.0～7.0 m，冠幅5.0 m。所以，電動采棗器適合各種樹冠高度的棗果采摘作業。

3 采摘作業試驗

為驗證電動采棗器的使用效果，以徒手采摘為對照，分別選擇2棵樹冠高度6.0 m左右、果密程度較為接近的棗樹，開展采摘作業對比試驗。對照組借助于棍棒等工具采摘，高處借助梯子類工具。試驗時間為10 min，從樹冠下方依次向上方采摘。采摘棗果的數據統計如表1所示。

通過表1可以看出：在采摘初期，由于較低樹冠棗果較多，采摘者體力較為充沛，手工采摘和電動采棗器的采摘結果相差不大；隨著采摘樹冠高度的增加，徒手采摘需要借助于梯子等輔助工具，輔助準備時間長，加之勞動強度不斷增大，采摘能力明顯下降；采果器不僅效率平穩，而且自動省力的優勢越來越占優。

4 結論

電動采棗器結構輕巧，操作容易，省力護果，可實現高枝棗果的電動化采摘，且采摘效率高。動力由光電轉換開關與枝干閉環控制，省時省電。動力來源為太陽能電池，待機時間長，節能環保。果園采摘對比試驗表明，電動采棗器的采收效率明顯高于徒手采摘，采摘高枝棗果的優越性成為明顯。試驗結果表明，在10 min的試驗時間內，效率大約是徒手采摘的2倍，隨著采摘過程的進行，電動采果器的優越性愈加顯現。

參考文獻

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