便攜式剪夾一體草莓采摘器的設(shè)計(jì)研制

郭新宇，黃海斌，陳義杰，崔高楠，王 飛

（寧波工程學(xué)院，浙江 寧波 315211）

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

便攜式剪夾一體草莓采摘器主要由齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、剪夾機(jī)構(gòu)、刀頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等幾部分組成。完成草莓采摘裝置需完成四個(gè)動(dòng)作：手指按壓手壓桿，主動(dòng)齒輪帶動(dòng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，完成一次動(dòng)作；從動(dòng)齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，齒條在換向桿上往后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)擠壓彈簧到達(dá)某一極限值時(shí)，拉動(dòng)換向桿運(yùn)動(dòng)；換向桿向后運(yùn)動(dòng)，壓動(dòng)連桿往兩邊張開，推動(dòng)上下兩刀片，完成一次剪切；最后松開手推桿，各構(gòu)件回復(fù)到初始位置。裝置模型如圖1所示：

圖1 裝置制作實(shí)物

1.1 齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由齒輪、手壓桿卡扣、復(fù)位彈簧、手壓桿、齒條等組成。其功能是提供剪切草莓機(jī)構(gòu)的原動(dòng)力并完成裝置動(dòng)力的傳遞。考慮到使用該裝置時(shí)，四指用力更加省力，將手壓桿設(shè)計(jì)成與刀片同一側(cè)。手壓桿卡扣作為一個(gè)輔助零件，主要作用是幫助該裝置的復(fù)原，用來保證刀具在不工作時(shí)保持常閉狀態(tài)，起安全保護(hù)作用。為了使手壓桿在按壓至極限狀態(tài)時(shí)能夠及時(shí)恢復(fù)至初始狀態(tài)，在手壓桿尾部設(shè)置了復(fù)位彈簧作為輔助恢復(fù)動(dòng)力，方便裝置的復(fù)原。

1.2 剪夾機(jī)構(gòu)

剪夾機(jī)構(gòu)主要由刀片、刀片支座、連桿等組成，其作用是實(shí)現(xiàn)刀片的剪切運(yùn)動(dòng)，并能夠?qū)Σ葺母o進(jìn)行夾取。考慮草莓莖的直徑大概在1-2mm之間，在設(shè)計(jì)刀片間凹槽的間隙時(shí)選取0.5mm，當(dāng)剪下草莓時(shí)，利用設(shè)計(jì)凹槽夾住草莓的根莖，確保草莓不會(huì)掉落。

1.3 刀頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

刀頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由換向桿、連桿、換向卡扣、刀筒、彈簧等組成，主要實(shí)現(xiàn)刀片的旋轉(zhuǎn)，以滿足不同使用者的剪切習(xí)慣，同時(shí)方便剪切不同位置的草莓。使用者只需輕輕旋轉(zhuǎn)換向卡扣，就會(huì)帶動(dòng)刀筒組件、連桿及換向桿旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刀頭的360o旋轉(zhuǎn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與工作成果

2018年4月 15日在杭州灣草莓種植園對(duì)該裝置進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)采摘次試驗(yàn)，本次試驗(yàn)的結(jié)果理想，圖2為草莓現(xiàn)場(chǎng)采摘實(shí)驗(yàn)。

圖2 草莓現(xiàn)場(chǎng)采摘實(shí)驗(yàn)

2.1 草莓采摘器試驗(yàn)結(jié)果和成果

人工采摘草莓時(shí)，果農(nóng)一般采用剪刀或手直接摘取，但是存在的問題就是草莓果肉易被破壞，并且長(zhǎng)時(shí)間摘取后手易疲勞，該裝置在采摘過程中可以?shī)A住草莓莖部，達(dá)到保護(hù)果肉的效果。試驗(yàn)表明該方法效果非常好，完全滿足草莓采摘的要求，并且該裝置目前已獲得浙江省大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、并授權(quán)專利1項(xiàng)。

3 結(jié)語

本作品具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、方便小巧、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，此外還可隨身攜帶，該裝置的刀頭設(shè)計(jì)可以360°旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了各種角度生長(zhǎng)草莓的采摘工作，刀片處設(shè)計(jì)的凹槽，確保草莓在剪下時(shí)不會(huì)直接掉落，從而保證了草莓的成品質(zhì)量，有效的解決了用剪刀和手直接采摘時(shí)出現(xiàn)的問題，非常適合廣大的草莓種植戶以及采摘草莓的游客使用。