果園護理與采摘設備的創新設計研究

李文青

摘要：伴隨著國家果園種植面積的擴大，果園的規模化發展將會得到更廣泛的推廣，規范化管理的要求也越來越具體，果園機械化管理也變得越來越重要。現在果園普便狀態是分散栽培，分化管理，大型現代果園很少，機械化設備不普及，果園護理和采摘效率低。因此，本文首先對現有果園護理與采摘設備進行調研，然后對果園與采摘設備進行創新設計。以期改善工作人員的工作方式，保證作業人員的身心健康。

關鍵詞：果園;護理;采摘;設備創新設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）03-0155-02

1現有設備及工作場所特征

目前，果園的主要工作有除草、施肥、套袋和采摘工作。果園的套袋方式最普遍的仍然是手工套袋，主要靠人字梯登高作業，或者人工直接徒手攀爬果樹進行作業，生產效率低、勞動強度大。部分果農會選擇使用撐袋輔助設備進行撐袋，但這種簡易裝置只能起到微弱的作用，裝置沒有考慮不同樹層之間的應用，對于頂層果實的套袋，仍然需要借助不同種類的登高工具，搬運登高或者攀爬果樹完成套袋工作，這種方式效率較低且存在一定風險。

果園的水果采摘方式最普遍的仍然是手工采摘，手工采摘存在一定優勢，可以針對性地摘取果實，輕拿輕放，對果實損害較小，但對于高處的果實需要借助輔助設備，例如梯子、板凳，依靠工具摘取樹層頂部分布的果實。如果果農想要摘取另一個地方的果實，需要搬運梯子等登高設備，轉移到另一個位置，重新調整登高工具的位置，這在無形中增加了勞動成本和時間成本，降低了工作效率。還有一些操作人員為了節約時間，會選擇不借助其他工具直接爬上果樹來完成采摘工作，這對操作人員的人身安全構成威脅，同時也會對果樹造成不同程度的損害，影響來年果實的收成。

2果園護理與采摘設備的創新設計調研分析

2.1使用人群分析

種植蘋果的果農們老齡化現象也越來越突出，大約70%的蘋果種植者超過50歲。由于勞動力走向城市，都是留守的婦女和老人從事果園的管理工作。

2.2使用環境與工作行為分析

現有成齡蘋果園主要是在20世紀80至90年代栽植的，其中90%以上的果園采用喬砧密植栽培模式，現正處于旺盛結果期。但是喬砧密植在管理方面也存在諸多問題：（1）因為品種決定樹體本身比較高，所以修剪工作會存在一定的難度;（2）樹與樹之間產生交接會導致果園內透光條件較差，病蟲害的發生機率很大，果品品質不能得到很好的保障;（3）果樹之間的距離也限制了較大型機械設備的使用，機械操作存在諸多需要改進的方面。隨著科學技術的發展，果樹栽培制度的變革，現代新型果園也為機械化作業設備管理果樹提供了便利條件。

采摘之前果農需要準備水果采摘工具，如籃子、水果籃、梯子和運輸車輛。水果籃應裝滿麻袋片、軟袋或塑料泡沫等軟性材料，梯子需堅固并且要求能夠到達樹頂。果農隨身攜帶提籃或者可以背在身上的布袋，低矮的一層蘋果直接采摘或者彎腰采摘，高一層的蘋果通過梯子（或者凳子）和采摘工具的輔助來進行采摘。在蘋果采摘中，部分果農借助摘果器，人可以不用登高摘取頂層的蘋果，但缺點是每一次摘取蘋果后要收縮桿長將蘋果放入籃中，采摘的效率較低。

3果園護理和采摘設備的創新設計思路

3.1升降平臺設計

根據提升臂的結構，升降平臺類型可分為伸縮臂式、折疊臂式、混合式、垂直升降式4 種。本文所做研究旨在幫助果農更輕松便捷地完成果園護理和采摘的工作，使果農在完成樹層頂部作業時更加安全和有效，方便調節到達樹層的工作位置，改進現有升降平臺所存在的問題，使其更適應果園化生產。伸縮臂式結構工作高度比較高，范圍可達60—100米，但它的驅動裝置比較復雜;折疊臂式作業平臺適合完成低空作業，結構靈活多變，通過折臂的運動變化可以更精確的將工作人員送達至工作位置，達到適合的高度，工作高度一般在25米以下;混合型作業平臺融合了伸縮臂結構和折疊臂結構兩種結構的優點，可以更精確的到達作業高度，也可以更靈活的變更作業位置，但它的結構相比前兩種結構也要更加復雜，占地面積更大;垂直升降式作業平臺作業方向僅僅限制在垂直方向，但它的結構相比其他結構要更加簡潔。為了滿足果園特殊地形，根據苗木高度以及人體尺寸，對平臺進行小型化處理，方便設備在植株之間的移動行走，躲避果樹伸展出的枝杈，所以選取運動范圍相對較小的垂直桅桿式升降方式。

3.2尺寸設計

考慮果園果樹株距及作業空間要求，設置產品的外觀尺寸為長度1200毫米，寬度為650毫米，高度為1000毫米。工作平臺尺寸為長度780毫米，高度為1150毫米，寬度為650毫米。隨著離地間隙的增加，作業平臺的通過性能也需逐漸提高，離地間隙過大會造成平臺傾覆。結合作業平臺的使用環境和空間，在保證平臺順利通過的基礎上盡量降低平臺高度，設置平臺離地距離約為160毫米。

3.3最小使用質量與載重量設計

最小使用質量是指車本身的重量加上一位操作者的重量。為了能夠更好地滿足果園工作空間與環境，要使得作業平臺的結構更加輕量化，初步估計作業平臺的整機結構質量為400千克。人的質量范圍在50至150千克，最小使用質量范圍為450千克至550千克之間。

一箱蘋果有大箱和小箱，重量小一點的有5千克或8千克左右，大的一箱重量也有10到15千克左右，假設平臺采摘時工作平臺可暫時存放3箱大箱蘋果，所以采摘的蘋果重量約為45千克。考慮其他附加質量電機潤滑油和冷卻水及液壓油質量約為43千克，20千克的工具質量，所以平臺載重量約為553千克至653千克之間。

3.4材質與配色設計

為了減小高空作業平臺的質量，除了改進平臺的結構設計外，還可以采用高強度、低比重的材料來制造高空作業平臺。與用戶直接身體接觸的部分，如按鍵、扶手等，可以使用工程塑料、硅膠材料等材料。一方面可以實現材質和色彩的結合，起到引導用戶操作的作用;另一方面也可以緩解操作設備單一材質帶來的枯燥感、單調感和冷漠感，使用戶的操作更加舒適，使用時心情也會更加輕松愉悅。

配色方面，主要考慮通過配色引導用戶的使用行為，提升產品的易用性。不同的色彩會給人不同的情感體驗，例如高明度色彩會使物體顯得更大，也更加輕快富有動感;金屬的顏色給人材質感;鮮艷的顏色令人興奮和快樂;沉靜的顏色給人樸素與憂郁的感覺。顏色的選擇不是任意的，它的基本點是從商品的實際功能和產品的實際環境出發。

4果園護理與采摘設備的創新設計實踐

結合以上調研進行果園護理與采摘設備的創新性實踐，產品以蓄電池為動力源，采用控制器控制的半自動控制方式，在液壓驅動的輪式底盤上搭載桅桿式的升降平臺。

該果園作業平臺的主要特點是：整機結構合理布置，作業平臺體積保持在合理范圍內，尺寸較小更容易在植株之間進行作業;以電動機作為該升降平臺的動力來源，效能更高，環保性能更好;在平臺兩側設置蛙式支腿，保證使用時平臺的穩定性;采用輪式行走機構，更容易適應果園相對平緩的地形，控制簡單，緩沖性能較好;液壓傳動裝置可以實現無極變速，使得平臺上升下降時更穩定，保證作業人員的安全;更加具體考慮果農工作時的工作狀態，分析采摘時的工作方式，避免工作過程中的大幅度動作，減輕作業人員的疲勞;考慮用戶心理的基礎上配置產品色彩，提升使用時的愉悅感。

在考慮使用環境和作業需求尺寸的基礎之上，渲染效果圖如圖1、圖2所示。升降平臺設備的細節設計如圖3所示，平臺前側是用來存放蘋果的空間，可以放置蘋果箱，使用者在采摘蘋果后，可以不用彎腰直接放在蘋果箱里，減少了勞動強度。

如圖3所示，儲存果實的空間采用可以推拉的護欄設計，用戶才平臺之上采摘果實后將其放入果箱里，當箱子滿后放入平臺下方的儲存空間，當用戶從平臺下來后，將在存儲空間側面的護欄推拉開，將空間內裝滿水果的箱子抽出，這樣設計的原因是從側面抽出的方式比較省力，推拉式的護欄結構也相對質量較輕，比較容易實現。

根據不同需求，用戶可以選擇不同色彩的產品，如圖4為產品的配色方案。

5結語

隨著經濟和社會的發展，果園也需要更加規范化和規模化，大中型機械可以提升工作效率，因此將越來越會被廣泛的使用。從作業活動本身來看，針對果園所設計的升降平臺，更充分考慮了隨車工具和果實的存放空間，提升了作業人員的工作效率和操作體驗，降低了工作活動中存在的風險，減輕了果園工作中人的勞動強度;從社會價值來說，也提升了果園果品的品質，增加了果農的經濟收益，更加有利于果園規范化的管理。