一種電動(dòng)蘋(píng)果采摘裝置設(shè)計(jì)

黃俊華 劉富成 西北農(nóng)林科技大學(xué)

引言

我國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，每年我國(guó)的水果產(chǎn)量與消費(fèi)穩(wěn)居世界前列，水果種植業(yè)的繁榮發(fā)展大大刺激了果園采摘機(jī)械的市場(chǎng)需求，而在我國(guó)的水果種植業(yè)中，蘋(píng)果占有極其重要的地位，水果采摘作業(yè)所用勞動(dòng)力占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程所用勞動(dòng)力的33%～50%，研究蘋(píng)果采摘裝置，對(duì)提高蘋(píng)果果實(shí)采摘的機(jī)械化、自動(dòng)化水平具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 采摘裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前常見(jiàn)的蘋(píng)果采摘設(shè)備多為伸縮桿式，采摘末端執(zhí)行器有抓取式、切割式、負(fù)壓吸取式等，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，抓取式的采摘裝置比較難定位，要收獲位于果樹(shù)較高位置的蘋(píng)果較為困難，且抓取式的裝置不容易保留果柄；切割式的采摘裝置可保留蘋(píng)果果柄，但也容易誤傷蘋(píng)果，在采摘時(shí)可能損壞蘋(píng)果表皮；負(fù)壓吸取式的采摘裝置要求附加空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生大吸力吸取蘋(píng)果，成本較高且設(shè)備笨重。

本文研究設(shè)計(jì)的一種電動(dòng)蘋(píng)果采摘裝置包括四部分：電動(dòng)伸縮桿、蘋(píng)果采摘刀頭、電控系統(tǒng)和蘋(píng)果下落緩沖通道，如圖1 所示，為該電動(dòng)蘋(píng)果采摘裝置的結(jié)構(gòu)圖，圖2 所示為該采摘裝置的實(shí)物圖。

圖2 電動(dòng)蘋(píng)果采摘裝置實(shí)物圖

蘋(píng)果采摘刀頭包括直流電機(jī)、上蓋板、下蓋板和刀片。刀片位于上蓋板與下蓋板之間，上、下蓋板的外形是“V”字型，既有利于將蘋(píng)果的果柄引入刀片切割位置，又有利于使用者操作該采摘裝置時(shí)對(duì)果樹(shù)上蘋(píng)果的定位；刀片套接在直流電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)刀片隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成割斷果柄；通過(guò)位于伸縮桿上的開(kāi)關(guān)可以控制電機(jī)的啟停。采用旋轉(zhuǎn)切割的方式，可以保留蘋(píng)果的果柄，有利于蘋(píng)果的長(zhǎng)期貯存。蘋(píng)果采摘刀頭的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 蘋(píng)果采摘刀頭

電動(dòng)伸縮桿由鉸接裝置、內(nèi)套桿、外套桿、牽引鋼絲、牽引電機(jī)組成。鉸接裝置上聯(lián)接蘋(píng)果采摘刀頭，其下端固定在內(nèi)套管的上端；內(nèi)套管內(nèi)套于外套管；牽引鋼絲固定于內(nèi)套管的底端，從外套管的頂端引出，引出端與牽引電機(jī)軸相連；牽引電機(jī)固定在外套管中段，當(dāng)牽引電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)牽引鋼絲帶動(dòng)內(nèi)套管在外套管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮桿的伸縮運(yùn)動(dòng)。這種通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)牽引鋼絲，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)套管的直線運(yùn)動(dòng)的方式，解決了目前一些蘋(píng)果采摘桿需要人為調(diào)節(jié)桿長(zhǎng)的問(wèn)題。

蘋(píng)果下落緩沖通道包括網(wǎng)袋、布筒和緩沖阻擋布條，網(wǎng)袋上端與采摘刀頭的下部相連，下端與布筒相連，布筒內(nèi)接有許多相互成不同角度緩沖阻擋布條，這些布條屬于柔性材料，不會(huì)對(duì)蘋(píng)果造成硬損傷。網(wǎng)袋類似于漁網(wǎng)，網(wǎng)袋許多空洞的結(jié)構(gòu)有利于果農(nóng)采摘蘋(píng)果時(shí)清楚地觀察蘋(píng)果的位置，避免被布筒阻礙視野。緩沖阻擋布條可以在蘋(píng)果果柄被刀片割斷，蘋(píng)果下落時(shí)起到緩沖的作用，因?yàn)樘O(píng)果在布筒內(nèi)會(huì)撞到布條，被阻擋后的蘋(píng)果速度出現(xiàn)顯著下降，布筒內(nèi)相互成不同角度的多層緩沖阻擋布條能有效地減緩蘋(píng)果下落速度，起到保護(hù)蘋(píng)果的作用。

另外，蘋(píng)果下落緩沖通道可以很方便地加長(zhǎng)，在蘋(píng)果下落緩沖通道的出口接一個(gè)果實(shí)收集箱便可以實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的連續(xù)采摘作業(yè)，避免了摘一個(gè)蘋(píng)果收一個(gè)蘋(píng)果的麻煩。

2 工作過(guò)程

在實(shí)際使用時(shí)，果農(nóng)可以通過(guò)操作控制牽引電機(jī)調(diào)節(jié)電動(dòng)伸縮桿的伸縮，使蘋(píng)果采摘刀頭接近蘋(píng)果果柄處，透過(guò)網(wǎng)袋進(jìn)一步確認(rèn)蘋(píng)果的具體位置，通過(guò)采摘刀頭上蓋板與下蓋板形成的“V”型引導(dǎo)槽將蘋(píng)果果柄引入刀片切割位置，按下切割電機(jī)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)使切割刀片快速轉(zhuǎn)動(dòng)，將蘋(píng)果果柄割斷，蘋(píng)果落入蘋(píng)果下落緩沖通道，順著柔性緩沖通道逐級(jí)減速，平穩(wěn)無(wú)損地進(jìn)入到蘋(píng)果收集裝置，最終完成蘋(píng)果的采摘。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究設(shè)計(jì)了一種電動(dòng)蘋(píng)果采摘裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，使用方便、操作省力，通過(guò)電動(dòng)控制的方式實(shí)現(xiàn)了桿的伸縮與蘋(píng)果的采摘，降低了果農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，在一定程度上提高了蘋(píng)果采摘的效率。我國(guó)近年來(lái)大力支持農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，我國(guó)也是歷史悠久的農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。