新型電動機械式水果采摘機設計

趙強 趙輝 于嘉琦 盛宇航 唐娟 萬騰

摘 要：針對當前我國水果采摘環節機械化程度低的現狀，設計了新型電動機械式水果采摘機。該采摘機主要由集果箱、絲杠電機、支撐桿、操控面板、切削刀片、附屬結構、連接手柄等部件構成。采摘時，通過操控面板調節裝置的高度，并啟動微型電機帶動轉動軸進行快速的轉動，使刀片快速旋轉切斷果柄，完成采摘。該采摘機結構簡單，成本低廉，對外界環境干擾小，具有較強的通用性和可操作性，適用于大部分果園采摘，極大減少了勞動強度，提高采摘效率。

關鍵詞：水果采摘；機械；電氣；可調

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.003

基金項目：吉林省大學生創新創業訓練項目（201810206012）新型電動機械式水果采摘機的設計

作者簡介：趙強（1989-），男，吉林白城人，碩士研究生，講師，研究方向：機械設計制造，E-mail：376166346@qq.com。

通訊作者：萬騰（1986-），男，吉林洮南人，工學碩士，講師，研究方向：機電控制，E-mail：415980289@qq.com。

0 引言

我國不僅是水果生產大國，同時也是第一消費國。國民對水果旺盛的需求為果園種植業創造了巨大的市場，進而提高了果園機械市場的需求，在整個生產中，采摘果實所耗費的勞動力占據生產過程的一半以上。采摘作業季節性相對強，傳統人工采摘的方式不僅易造成果實損傷，同時，采摘不及時也會導致經濟上的損失。由于農業勞動力向其他行業轉移，人員缺乏，隨著老齡化的增長，生產成本不斷提高，降低了人們的種植積極性，果園種植業的發展受到了制約。為了節約人力物力，提高果農的經濟效益，開展采摘器械的研究有重要意義。

1 現狀及意義

我國果園主要是分散栽培、分戶管理的小農經濟型的種植方式，生產規模小，農民的技術素質偏低，大型機械式采摘器在此種種植形式下難以適用，果實采摘需要高效、通用、簡易、低成本的采摘技術，機械輔助半自動采摘機成為了目前采摘器的研究方向。

基于目前水果采摘現狀研究設計并制作出此產品。此新型電動機械式水果采摘機旨在對外界環境干擾小、工作可靠方便、通用性強，適用于大多數果園中的水果采摘。在保證制作成本低的情況下，能夠提高采摘效率，又不傷及水果本身，因此具有實際意義。

2 總體結構與工作原理

2.1 總體結構

電動機械式水果采摘機總體結構采用機械輔助半自動采摘的形式，手持伸縮桿啟動直流電機，帶動四角切割刀片快速運轉，切斷果柄，使水果落入集裝箱，導軌電機上下移動可加大集裝箱的采集空間，以便收納更多的水果。同時，備有特殊水果采摘的附屬機械結構，通過簡單的拆裝即可保證不同水果采摘的適用性。

圖1 總體設計路線

2.2 工作原理

下面就該機械如何實現水果的采摘以及收集予以說明。

（1）切削結構。工具為帶有切削刃的四角刀片，方形框內固定有直流電機，直流電機帶動四角刀片旋轉完成對果柄的切削動作。框架可以在電機橫梁上水平移動，以適應不同大小水果的切削任務。

（2）集果箱結構。當切掉果柄的水果落入到集果箱達到一定數量以后，需要更多的空間來容納所采摘的水果。絲杠電機上面帶有定位滑臺，隨著絲杠電機的轉動滑臺隨之上下移動，下端的方形集果箱固定在滑臺上，上端的方形集果箱利用螺栓聯結固定在黃色絲杠電機支架上，也就是說，集果箱的體積大小變化是通過兩個方形箱的相對移動來實現的，并且滑臺上下移動的距離可以通過程序來控制。

（3）集果箱可以隨著支撐桿與豎直方向的角度變化而偏移，實現方式是聯結軸，其中絲杠電機支架上面有圓孔，圓孔內有軸承，軸承通過兩個墊片進行限位，此設計能夠實現集果箱整體在豎直平面內的旋轉以適應水果的直線下落。

（4）當角度過大的時候刀片與集果箱會偏離較大角度，導致水果不能完全落入集果箱，甚至直接落在地面上而損傷水果，故在絲杠電機支架上安裝了兩個限位塊，限位塊與豎直方向夾角為30°，經過測試檢驗比較合理。

3 主要部件設計

3.1 附屬采摘機構

針對個別水果采摘方式（比如草莓），該附屬結構，開口尖端處具有切削刃，可以完成切削，開口逐漸縮小是為了聚攏水果果柄，完成采摘過程。特別說明的是，由于此機構專為特殊水果而設計，故而當用到此機構時，需要拆卸集果箱等結構，以達到輕便的目的。

3.2 電氣部分設計

加長桿的頂端裝有一個水果籃，在水果籃的一側安裝一個永磁無刷電機，以驅動切割刀片快速旋轉。切刀切斷果柄，果實落在框架內，切刀自動返回，完成采摘操作；當切割刀片切割時，如果手柄在一個切割操作中很難切斷果柄，電機將反向驅動切割刀片回到它的初始位置，然后再次切割，直到水果的果柄被切斷。這是一個完整的切割過程。

4 結語

該產品將機械結構和電子控制巧妙地結合了起來，實現半自動控制的采摘功能。通過試驗表明：該采摘器結構簡單、成本低廉、可靠性高，有較強的通用性和可操作性，適用于大部分果園采摘，能降低勞動強度， 提高采摘效率，有良好的市場前景。

參考文獻：

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