新型便攜遞推式果實套袋器的設(shè)計與應(yīng)用

化延斌，楊建剛，張乃儒，白忠全，袁 信，趙宏博，權(quán)麗春

（扶風(fēng)縣果業(yè)服務(wù)中心，陜西扶風(fēng)722299）

果實套袋既可以保護果實免受鳥類、昆蟲、病原體及機械損傷帶來的傷害，從而提高果實的外觀品質(zhì)[1-2]；又可以改善有利于果實生長和發(fā)育的微環(huán)境條件，從而提高果實的內(nèi)在品質(zhì)[3-5]。因此，果實套袋是生產(chǎn)無公害優(yōu)質(zhì)果實的有效配套技術(shù)措施。然而，目前果農(nóng)進行果實套袋主要依靠純手工完成，勞動強度大、投資成本高、操作效率低、危險系數(shù)大[6]?，F(xiàn)有機械式果實套袋裝置需滿足紙袋均被逐只單獨撐開后才能利用果實套袋裝置往果實上套袋，無法實現(xiàn)多只果實套袋逐只滑出來進行連續(xù)性套袋[7]；現(xiàn)有加熱式果實套袋裝置需滿足在電池或電源動力下才能完成套袋過程，且局限于給位于樹體一定高度范圍內(nèi)的果實套袋[8]，由此可見，現(xiàn)有果實套袋裝置仍存在工作量繁重、操作效率較低且可能會給操作者帶來一定安全風(fēng)險等缺點[9-10]。

為解決上述問題，陜西省扶風(fēng)縣果業(yè)服務(wù)中心發(fā)明了一種新型便攜遞推式果實套袋器，屬于農(nóng)業(yè)機械技術(shù)領(lǐng)域人工輔助果實套袋器械，該果實套袋器與一種設(shè)置有橡皮筋和塑料圓環(huán)的專用套袋配套使用，其核心技術(shù)是首次將超越離合器原理及螺栓和螺母間自鎖式原理結(jié)合應(yīng)用于果實套袋技術(shù)上，可實現(xiàn)多只果實專用套袋被遞進式推送且被逐只地單獨推出，提高了專用套袋使用效率，從而有效提高了果實套袋效率。該便攜遞推式果實套袋器采用簡單機械結(jié)構(gòu)，價格低廉、操作簡便，配套專用套袋，可應(yīng)用于機械手的末端執(zhí)行器，容易實現(xiàn)自動化，更適用于向果農(nóng)推廣。該遞推式果實套袋器已被授權(quán)中國發(fā)明專利（專利號：ZL 201510663576.0）。

1 便攜遞推式果實套袋器設(shè)計

1.1 構(gòu)造

便攜遞推式果實套袋器由放袋裝置、專用套袋、推袋裝置、手持裝置和復(fù)位機構(gòu)構(gòu)成，專用套袋放置在放袋裝置上，手持手持裝置，推袋裝置將專用套袋推出，利用復(fù)位機構(gòu)將推袋裝置復(fù)位，以使該果實套袋器重復(fù)利用（圖1，2）。

表1 便攜遞推式果實套袋器不同部位零件結(jié)構(gòu)和功能用途

放袋裝置包括支撐板，支撐板上表面上設(shè)置有4個沿垂直方向設(shè)置的支撐桿5，在每個支撐桿5頂端的側(cè)壁設(shè)置有一個凹槽，一端固定且可旋轉(zhuǎn)的撥片2向上傾斜設(shè)置在支撐桿5內(nèi)，撥片2處于伸展?fàn)顟B(tài)時，支撐桿5上的專用套袋21位于撥片2下側(cè)，撥片2的低端鉸接在支撐桿5內(nèi)壁上，高端延伸出凹槽，且在高端處設(shè)置有彈簧I 1（第一彈性件），彈簧I 1固接在支撐桿5內(nèi)，以使撥片2向內(nèi)壓縮后恢復(fù)初始位置，用于使專用套袋21依次通過撥片2后推出，確保專用套袋21依次遞推出去，在一只專用套袋21推出時，滑動管3推動該專用套袋21并將撥片2向內(nèi)側(cè)壓縮以使該專用套袋21推出，該專用套袋21被推出之后，下一個被撥片2阻擋在撥片2下方的專用套袋21繼續(xù)上升通過撥片2后被推出套在果實上。專用套袋21的袋口處內(nèi)嵌設(shè)置有橡皮筋20（為一彈性圈），且外周設(shè)置有與支撐桿5數(shù)量相同的4個塑料圓環(huán)19，該圓環(huán)的直徑大于支撐桿5的直徑并小于滑動管3的外徑，用于套在支撐桿5上并抵靠在滑動管3上方，將專用套袋21上的4個塑料圓環(huán)19對應(yīng)的套在4個支撐桿5上，可實現(xiàn)一次性將多只專用套袋21直接撐開，便于直接向果實上快速套袋，4個塑料圓環(huán)19抵靠在套在支撐桿5上的滑動管3處，以使滑動管3在上升時推動專用套袋21上升，且專用套袋21的袋口處的橡皮筋20處于拉伸狀態(tài)，以使專用套袋21脫離支撐桿5后自動收縮套在果實上（表 1）。

推袋裝置包括設(shè)置在支撐板上的內(nèi)輪（單向主動輪9）內(nèi)側(cè)具有螺紋的超越離合器（單向主動輪9即內(nèi)輪與帶有內(nèi)螺紋的從動輪10即外輪的組合體），與該內(nèi)輪螺紋連接并穿過支撐板底部的帶有外螺紋的螺桿12，在螺桿12的頂部設(shè)置有套在支撐桿5上的滑動管3并通過一支架4連接于螺桿12，以及驅(qū)動超越離合器的外輪（帶有內(nèi)螺紋的從動輪10）的驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)包括設(shè)置在手持裝置的手持部的活動式手柄17與帶有橡膠把套的固定式手柄18、設(shè)置在支撐板上表面并位于外輪兩側(cè)的定滑輪7和彈簧II 8（第二彈性件）、設(shè)置有一鋼絲繩15其一端通過定滑輪7且繞經(jīng)外輪與彈簧II 8連接則另一端固接在活動式手柄17上，在活動式手柄17上施加驅(qū)動力，該驅(qū)動力通過鋼絲繩15作用在超越離合器的外輪上，該驅(qū)動機構(gòu)中的活動式手柄17便于果農(nóng)操作鋼絲繩15，定滑輪7設(shè)置在支撐板上，用于將作用在鋼絲繩15上的豎直方向的拉力轉(zhuǎn)換為水平方向的拉力，鋼絲繩15繞經(jīng)外輪，將作用在鋼絲繩15的拉力作用在外輪上，用于驅(qū)動外輪，給超越離合器提供驅(qū)動力，當(dāng)消除作用在鋼絲繩15上的驅(qū)動力時，彈簧II 8自動收縮至平衡狀態(tài)，鋼絲繩15復(fù)位，鋼絲繩15復(fù)位給外輪一個反作用力，根據(jù)超越離合器的脫離狀態(tài)的特性，外輪上的反作用力不影響內(nèi)輪，避免鋼絲繩15復(fù)位給螺桿12的上升或下降帶來影響。推袋裝置的驅(qū)動機構(gòu)可直接驅(qū)動超越離合器的外輪，超越離合器的外輪帶動內(nèi)輪旋轉(zhuǎn)，以使內(nèi)輪推動螺桿12上升，螺桿12上的滑動管3推動專用套袋21上升，螺桿12與內(nèi)輪之間的螺紋連接促使螺桿12逐漸上升，始終將位于支撐桿5最上方的專用套袋21推出，用于實現(xiàn)多只專用套袋21的逐漸推出，一次在支撐桿5上放置的專用套袋21的數(shù)量根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)螺桿12的上升或下降來調(diào)節(jié)滑動管3頂端與支撐桿5頂端之間放置專用套袋21的間距，由此可見，該驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計巧妙，便于操作。

手持裝置包括一伸縮桿即大直徑操作桿13與小直徑操作桿16，伸縮桿的頂部與支撐板的底部的連接處具有容納螺桿12的空腔，以容納下降后的螺桿12。

復(fù)位機構(gòu)包括復(fù)位繩6和復(fù)位螺旋套11，復(fù)位繩6的一端設(shè)置在鋼絲繩15上與外輪接觸的位置附近，另一端上設(shè)置有拉環(huán)并延伸至支撐板的邊緣處，復(fù)位螺旋套11設(shè)置在支撐板的底部，并與內(nèi)輪固接，且螺桿12空心穿過復(fù)位螺旋套11，支撐桿5上放置的專用套袋21都用完后，利用復(fù)位機構(gòu)將螺桿12復(fù)位至初始位置才能再次使用，螺桿12復(fù)位時，拉動復(fù)位繩6，沿著與內(nèi)輪驅(qū)動相反的方向旋轉(zhuǎn)復(fù)位螺旋套11，復(fù)位螺旋套11帶動內(nèi)輪與其沿相同的方向旋轉(zhuǎn)，以使螺桿12下降。

1.2 特點

通過彈簧I 1和一端固定且可旋轉(zhuǎn)的撥片2的巧妙結(jié)合，采用一種遞進式推送的方式來實現(xiàn)多只果實專用套袋21被逐只地單獨推出的套袋過程；同時每只專用套袋21設(shè)置有橡皮筋20和4個塑料圓環(huán)19，可將一套重疊專用套袋的塑料圓環(huán)一次性套在支撐桿5上即可實現(xiàn)專用套袋21的撐開，一次可實現(xiàn)多只專用套袋21的撐開，提高專用套袋21的使用效率，進一步提高果實套袋器的使用效率，且采用橡皮筋20封口不會對果實等造成損害。可移動伸縮式操作桿即伸縮桿能實現(xiàn)給位于樹體任何位置范圍內(nèi)的果實套袋，可有效提高套袋操作安全性且降低套袋工作量。該果實套袋器采用簡單機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，便攜性好，操作無需電力或電源，且效率較高，成本較低，更適用于向果農(nóng)推廣。

具體技術(shù)特點為：通過手握活動式手柄17和設(shè)置有橡膠把套的固定式手柄18來牽動鋼絲繩15；通過定滑輪7將鋼絲繩15的豎直力轉(zhuǎn)為水平力；鋼絲繩15牽動單向主動輪9（為超越離合器內(nèi)輪）做單向轉(zhuǎn)動；單向主動輪9帶動帶有內(nèi)螺紋的從動輪10（為超越離合器外輪）轉(zhuǎn)動；通過螺紋之間力的作用使帶有外螺紋的螺桿12向上推進，此刻帶動支架4和滑動管3向上移動，推動專用套袋21上的塑料圓環(huán)19滑出，專用套袋21上的橡皮筋20收縮封口，撥片2確保專用套袋21逐只地單獨滑出。當(dāng)鋼絲繩15拉動單向主動輪9做正向旋轉(zhuǎn)時，單向主動輪9也同時帶動帶有內(nèi)螺紋的從動輪10做正向旋轉(zhuǎn)；但是當(dāng)彈簧II 8收縮并拉動鋼絲繩15使單向主動輪9做反向旋轉(zhuǎn)時，單向主動輪9帶動帶有內(nèi)螺紋的從動輪10做反向旋轉(zhuǎn)，單向主動輪9與帶有內(nèi)螺紋的從動輪10巧妙設(shè)計采用了超越離合器原理，其組合體為一超越離合器，當(dāng)主、從動部分旋轉(zhuǎn)方向變換時，具有自行離合功能。帶有外螺紋螺桿12和帶有內(nèi)螺紋從動輪10采用螺栓和螺母間自鎖式原理，由于帶有內(nèi)螺紋的從動輪10處于固定位置，當(dāng)帶有內(nèi)螺紋的從動輪10旋轉(zhuǎn)時，便會使帶有外螺紋的螺桿12向上伸出一定距離。

1.3 具體實施方式

果農(nóng)將一套重疊專用套袋21的塑料圓環(huán)19一次性套在放袋裝置的支撐桿5上，將放袋裝置對準(zhǔn)目標(biāo)套袋果實并使果實位于套帶器中心，手握設(shè)置在手持裝置的手持部的活動式手柄17與帶有橡膠把套的固定式手柄18，按壓活動式手柄17，推袋裝置將專用套袋21上的4個塑料圓環(huán)19推出，當(dāng)塑料圓環(huán)19被推出時專用套袋21上的橡皮筋20自動收縮封口，一次套袋作業(yè)完成。當(dāng)所有專用套袋21都被推出時需要重新添加，此時只需旋轉(zhuǎn)復(fù)位螺旋套11，使放袋裝置復(fù)位，便可重新添加專用套袋。

1.3.1 具體操作方法 首先果農(nóng)操作者統(tǒng)一將一套重疊專用套袋21上的4個塑料圓環(huán)19分別套在4個支撐桿5上，然后調(diào)節(jié)伸縮桿為合適的長度，并通過固定裝置14來固定。果農(nóng)操作者左手握手持裝置的伸縮桿（選擇13，14或16作為任意把持位置點，依個人感覺而定），右手握設(shè)置在手持裝置的手持部的手柄（為活動式手柄17和設(shè)置有橡膠把套的固定式手柄18），將專用套袋21口朝向目標(biāo)套袋果實，移動套袋器使得專用套袋21完全覆蓋果實。手掌用力握緊活動式手柄17拉動鋼絲繩15，鋼絲繩15的豎直拉力被定滑輪7轉(zhuǎn)為水平拉力，鋼絲繩15帶動單向主動輪9轉(zhuǎn)動，同時拉伸彈簧II 8，單向主動輪9帶動從動輪10旋轉(zhuǎn)，從動輪10利用螺栓與螺母間自鎖式原理使得帶有外螺紋的螺桿12向上移動，同時帶動支架4和套在支撐桿5上的滑動管3向上移動，進而推動套在支撐桿5上的塑料圓環(huán)19。當(dāng)塑料圓環(huán)19滑過一端被固定且可旋轉(zhuǎn)的撥片2時，塑料圓環(huán)19向下壓動撥片2，此刻彈簧I 1被撥片2壓縮，當(dāng)塑料圓環(huán)19剛脫離撥片2時，因為彈簧I 1的作用，撥片2被立即彈起，專用套袋21上的4個塑料圓環(huán)19完全脫離支撐桿5。專用套袋21因為袋口處橡皮筋20的作用被收縮封口。彈簧II 8收縮，拉動鋼絲繩15使單向主動輪9做反方向旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩15的水平拉力被定滑輪7轉(zhuǎn)為豎直拉力，拉動活動式手柄17，使其恢復(fù)原位。向下移動套袋器，第1只專用套袋21套袋過程完成，緊接著執(zhí)行第2只套袋過程直到所有專用套袋21被全部推出。待所有專用套袋21被推送且推出完畢后，向后拉動復(fù)位繩6，同時旋轉(zhuǎn)復(fù)位螺旋套11，使帶有外螺紋的螺桿12、支架4以及滑動管3同時向下移動，從而恢復(fù)到初始狀態(tài)，之后便可進行下一輪套袋過程。

1.3.2 注意事項 在套袋過程中，應(yīng)盡量確保目標(biāo)套袋果實處于專用套袋中央，同時確保果柄處于專用套袋中央；支撐桿與滑動管之間應(yīng)保持較低摩擦力，以便套袋器能順利工作。為此應(yīng)該每隔一段時間在支撐桿上涂抹適量潤滑油；在使用此套袋器套袋時，首先要把設(shè)置有橡皮筋的多只專用套袋的塑料圓環(huán)統(tǒng)一套在支撐桿上并抵靠在滑動管上方，因此，需要在短時間內(nèi)利用完所有專用套袋，否則因橡皮筋長時間處于變形狀態(tài)，橡皮筋的收縮性可能會極度下降，影響專用套袋正常使用；因套袋器設(shè)置有較多鐵質(zhì)零件，套袋器應(yīng)置于干燥通風(fēng)處，防止生銹，且要避免套袋器被受到擠壓，影響多只專用套袋被逐只地單獨滑出的成功率。

2 便攜遞推式果實套袋器效益分析

2.1 經(jīng)濟效益分析

一個果農(nóng)一般每天可手工套袋2000只，但用該便攜遞推式果實套袋器每天預(yù)計可套袋8 000只，是手工套袋效率的4倍。一個果農(nóng)每天人工費100元，若采用該便攜遞推式果實套袋器去實施完成，只需25元，每天可節(jié)約費用75元。顯然，人工采用該便攜遞推式果實套袋器給果實套袋可大大節(jié)約費用，降低勞動力強度，提高果實套袋效率。

表2 便攜遞推式果實套袋器及專用套袋成本、零售價和稅后利潤預(yù)算

經(jīng)成果轉(zhuǎn)化后，陜西省扶風(fēng)縣果業(yè)服務(wù)中心每年可銷售3萬件便攜遞推式果實套袋器和3 000萬只專用套袋，每年該便攜遞推式果實套袋器可盈利91.5萬元，該專用套袋可盈利51萬元，一年可實現(xiàn)盈利共142.5萬元（表2）。

2.2 社會效益分析

該果實套袋器降低了果農(nóng)勞動強度和投資成本，提高了套袋操作效率和安全系數(shù)，將實現(xiàn)傳統(tǒng)果業(yè)生產(chǎn)方式向現(xiàn)代果業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，提高果農(nóng)素質(zhì)，造就一代新型果農(nóng)。