八角果采摘裝置研制

陀曉雨，于新悅，賀靖淇，林義忠，周韋星宇，焦少偉

（廣西大學機械工程學院，廣西 南寧 530004）

0 引言

八角，是八角茴香科八角屬的一種植物的果實，盛產于廣東、廣西、福建、云南等地，其中國內生產的八角90%生產于廣西[1]。八角是烹飪的重要調味料之一，此外還可供工業上作香水、牙膏、香皂、化妝品、醫藥等的原料[2]。根據市場調查顯示，我國的八角茴香的年用量在5 萬噸甚至6 萬噸之上，對八角果每年有著巨大的需求[3]。因此，如何擴大八角果產量及提高八角果采摘效率等方面提高八角果的產量，成為八角果行業面臨的重大問題。廣西作為八角的主產地，目前人們采摘八角仍多采用傳統的人工徒手采摘的方式。雖然人工采摘能有效保護花和幼果，并確保采摘下來的八角完整。但采摘下的八角不便于收集，所以此種方法不但采摘效率低，而且更令人擔憂的是，八角樹高約10～15 m[4]，采摘工容易因受力不均而從樹上跌落，采摘工的人身安全沒有得到保障。

基于上述原因，設計一種能夠用機械代替人工采摘八角的裝置，此裝置不僅能夠精準定位采摘，有效保護花和幼果，而且將設計收集裝置，便于收集，實現采摘和收集一體化。此裝置輕巧易攜帶，可以有效提高八角的采摘效率，減少采摘工人的作業時間，提高八角采摘工人的工作安全性。 面對廣西的八角產業現狀，此輕質小巧的八角采摘機器顯得十分重要。

1 總體結構方案設計與原理

1.1 總體結構設計

一種八角果采摘裝置，包括驅動機構、固定刀具機構、平動刀具機構、和定位收集機構?？傮w裝置具體結構和連接關系如圖1 所示。

圖1 裝置總體結構示意圖

裝置整體輕巧便攜，按照人的手掌尺寸進行設計，使用時單手便可控制。驅動機構使用手握式電機，內可安裝電池，并可一鍵切換不同轉向實現正反轉調節。電機輸出軸連接剪切機構，剪切機構由固定刀具機構和平動刀具機構組成，利用了偏心輪和滑槽將轉動轉變為平動原理，使得兩者相互配合共同完成剪切作用。剪切后的果實從導向收集口滑進收集箱，同時收集箱又有定位和支架的功能，使得整體結構設計穩定合理。

1.2 裝置工作原理

裝置在工作時按下開關，在手握式電機的驅動下，電機保持一定轉速，通過輸出軸輸出動力，驅動偏心輪轉動，同時定位滑套沿導向軸做水平運動，使得平動刀具機構中的上刀片也做水平往復運動[5]，進而實現裝置的運動方式由轉動變為平動。下刀片固定不動，通過上刀片的往復平動與下刀片配合，將上下刀片的U 型槽對準八角果果實的莖，使果實落在刀片下方，然后剪切八角果，完成采摘任務。采摘后的果實從收集口滑進定位收集箱內，完成八角果的收集任務。收集結束后，可將收集箱后方打開，將果實從收集箱內取出。

1.3 裝置優點

裝置具備的優點為：最大的優點是能夠以機器代替人工徒手方式采摘八角，既保護了采摘工的人身安全又大大提高采摘效率。其次設計了八角果的收集機構，免除了采摘工將果實一摘一放如此疲勞重復的動作，實現八角果采摘、收集一體化過程。再者所用的零件大多可拆卸替換，電機電池可取出替換，延長了使用壽命，刀片通過定位螺栓連接，便于拆卸替換新刀片。最后，本裝置十分契合八角果的生產形勢，同時將其外表設計成手電鉆的形狀，設計巧妙，便于攜帶。

2 裝置主要機構的設計

2.2 平動刀具機構

偏心輪一側使用滾動軸承支撐與軸承座相連。動力從手握式電機經由輸出軸再到軸承座傳遞至偏心輪。偏心輪另一側的軸承在滑槽內部與其接觸可帶動滑槽運動。定位滑套與滑槽焊接為一體，固定刀具機構中導向軸穿過定位滑套，定位滑套只能沿導向軸運動。平動上刀片為雙刃單刀片，通過平動刀具螺栓與定位滑套連接，滑槽與定位滑套以及滑動上刀片固定為一個整體。工作時偏心輪轉動，同時與滑槽接觸并相對滑槽做豎直運動，滑槽在偏心輪的帶動下本應做旋轉運動，但因為滑槽與定位滑套和平動上刀片三者運動時為一個整體，且定位滑套上的兩孔穿過導向軸，所以定位滑套只能沿導向軸做水平運動，使得平動刀具機構中的平動上刀片和滑槽也做水平往復運動。當上刀片和下刀片一側相閉合時，八角果柄莖可以準確被剪切。平動刀具機構具體結構和連接關系如圖3 所示。

圖3 平動刀具結構示意圖

2.1 固定刀具機構

固定下刀片分為左右兩個刀片，均為單刃刀具，刃口朝內。固定下刀片由兩個固定刀具螺栓連接在固定刀架上，固定刀架由四個固定刀架螺栓連接在固定板上，而導向軸穿過定位滑套兩端的孔固定連接在固定板上，導向軸與定位滑套配合使得平動上刀片只能相對固定下刀片做水平運動。固定刀具機構具體結構和連接關系如圖2 所示。

圖2 固定刀具結構示意圖

3 樣機制作與試用情況

通過對所設計的八角果采摘裝置進行研制，制作出物理樣機一臺，成品樣圖如圖4 所示。

圖4 八角果采摘裝置成品樣圖

樣機制作完成后進行實際測試，測試分為人工組和裝置組進行試驗，為避免偶然因素對實驗結果的影響，采取每組進行多次反復實驗，對比結果后取其中一組合適結果，將試驗測試的采摘數量、收集數量、劣果數量、完成率等指標作為分析的依據，實際試驗結果數據見表1。

表1 實際試驗結果

實際測試數據分析可知，使用此裝置進行采摘的數量基本為人工采摘的2 ～ 3 倍，工作效率提高為124%和169%，且收集率達98%以上。因此，使用此八角果采摘裝置工作完成度高，工作效率得到大大提升，符合當前市場對八角果采摘器具的使用需求。

4 結語

從八角果的生長特性和采摘現狀出發，迎合我國對八角果不斷擴大的需求，研制了此種八角果采摘裝置，符合當前八角采摘業的特性，本裝置一次作業可以采摘多個果實，并且有效保留了枝干，只采摘果實部分。應用證明，裝置能夠方便、高效、快捷、可靠地采摘八角果，并且制造成本低，既適合八角果產業在采摘時使用，也適合八角種植區的個體農戶使用。裝置的使用能有效解決采摘工人因徒手采摘易從八角樹上掉落的安全問題。所設計的八角果采摘裝置集采摘收集一體，即節省了八角果的采摘時間，又大大提高了八角果的采摘效率，對于八角果采摘產業有極大的促進作用。