便攜式電動水果采摘分級裝置的設(shè)計

周麗琴

摘要：針對當(dāng)前我國水果采摘現(xiàn)狀，研制一種便攜式電動水果采摘分級裝置。介紹該裝置的結(jié)構(gòu)和工作過程，闡述各主要工作部分的詳細(xì)設(shè)計。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、攜帶方便、安全可靠，可提高采收效率、降低勞動強(qiáng)度，適用于大部分果園。

關(guān)鍵詞：水果采摘；水果分級；便攜式；結(jié)構(gòu)；設(shè)計

中圖分類號：S225.93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）02-0015-03

我國是世界第一大水果消費國，但我國果園生產(chǎn)的機(jī)械化水平還處于起步階段，尤其是水果采收機(jī)械化程度低。國內(nèi)個體果農(nóng)采收水果主要有以下方式：一是手持式剪切采摘器。利用剪刀進(jìn)行人工采摘，采摘的果實通過簍子收集，再通過分類孔一個一個進(jìn)行人工分級。二是基于剪刀的高處采摘。由剪刀柄處的夾持裝置夾好水果，利用伸縮式的剪刀剪切果柄，再把剪刀放下，取下水果。三是手抓式摘果器。通過模仿人手的采摘動作，抓住水果后旋轉(zhuǎn)摘果器，使果實和果柄分離。四是一些高校、科研機(jī)構(gòu)設(shè)計研制的自動化機(jī)械采摘設(shè)備，如關(guān)節(jié)型蘋果采摘機(jī)械、多功能果園作業(yè)機(jī)、紅棗收獲機(jī)等，但這些裝置在價格、效率、使用便捷等方面都存在不足。本課題研究設(shè)計一種水果采摘分級裝置，可實現(xiàn)單人采摘、收集并同時分級，適用于蘋果、柑桔等水果的高效率采收。

1 水果采摘分級裝置總體設(shè)計

從采摘、接果、分級、收集4個方面進(jìn)行水果采摘分級裝置的設(shè)計。采摘部分是一個手持式電動切割機(jī)，結(jié)構(gòu)輕巧、角度可調(diào)，使用時打開電源開關(guān)使鋸片旋轉(zhuǎn)，鋸片外部設(shè)置有保護(hù)罩，保護(hù)罩前端陣列開設(shè)有若干縫隙，可以伸進(jìn)密集的樹枝中，從不同的方向輕松切斷果柄。水果落下進(jìn)入接果裝置，通過接果裝置的S形緩沖落到收集及分級裝置中，從一個逐漸開大角度的鏤空V型導(dǎo)流槽按果徑大小被逐個分級，符合相應(yīng)尺寸的果子會從V型導(dǎo)流槽下方鏤空處掉落，進(jìn)入收集箱中。果農(nóng)從收集箱中拿出進(jìn)行過分級的水果，不需要再進(jìn)行人工分選。收集箱上裝有行走裝置，可根據(jù)果園的地形選用不同的車輪，果農(nóng)單人就能推拉移動該行走裝置。

2 工作過程分析

根據(jù)水果采購商的要求，果農(nóng)在采摘水果后需對水果進(jìn)行分級。使用本裝置時，首先將采摘裝置置于水果果柄處，打開握持桿尾部的電源開關(guān)，保護(hù)罩內(nèi)切割鋸片旋轉(zhuǎn)切斷果柄，水果落入緩沖的布管，進(jìn)入分類V型導(dǎo)流槽，根據(jù)果徑大小進(jìn)行分級后落入對應(yīng)的收集箱中，即完成水果的采摘及分級工作。該裝置單人操作即可完成水果采摘、水果收集及水果分級，整體性好，操作便捷。采摘裝置與接果裝置可拆卸，作業(yè)后可以把采摘頭的部件分拆下來放入收集箱推走，移動方便。

3 主要部分設(shè)計

3.1 采摘裝置

使用簡單力學(xué)原理即可將果子摘下來，一是用勾爪勾住水果整個拉下（或剪刀剪下果柄），二是用鋸片切斷果柄使果與枝分離。由于用勾爪容易劃傷果子，采摘質(zhì)量無法很好地控制，所以該裝置選擇用鋸片切斷果柄。

采摘裝置包括握持桿、連接彎頭、保護(hù)罩、旋轉(zhuǎn)鋸片、連接套管、連接彎管、連接塊和連接圓環(huán)圓（如圖1所示）。握持桿前端固定連接有連接彎頭，連接彎頭下方固定連接有保護(hù)罩。保護(hù)罩為一空心的半球形狀，保護(hù)罩前端陣列開設(shè)有若干縫隙，旋轉(zhuǎn)鋸片位于保護(hù)罩內(nèi)部，且旋轉(zhuǎn)鋸片與保護(hù)罩的底面相互平行。直流電機(jī)固定安裝在連接彎頭的內(nèi)部。保護(hù)罩下方設(shè)有與接果緩沖布管連接的連接圓環(huán)，連接圓環(huán)后端通過連接塊、連接彎管、連接套管與握持桿固定。果柄可以從保護(hù)罩的縫隙里通過從而被旋轉(zhuǎn)的鋸片切斷。

3.2 接果裝置

由于采摘的水果距離地面有一定的高度，自動收集水果需要緩沖水果掉下來的動能及重力勢能而安全落地，一是用不易變形的鋁箔管連接采摘頭，二是用柔軟的布管連接采摘頭。為了保護(hù)水果不被損傷，選擇用柔軟的布管作為接果裝置，縫合一小部分側(cè)面把內(nèi)部改為接近S形，以緩沖水果落下的勢能及消耗一部分動能，減小水果與導(dǎo)流槽碰撞時受到的沖力，從而保證水果整體的完整性。

接果裝置包括緩沖布管和金屬環(huán)（如圖2所示）。布管的長度方向上間隔設(shè)有若干金屬環(huán)，金屬環(huán)與布管固定連接；布管上設(shè)有若干縫合部，使布管形成接近S形的形狀，水果從高處落下時，在布管縫合部緩沖消耗動能，從而減少水果損傷。

3.3 分級及收集裝置

水果分級方法很多，要設(shè)計一個能完好收集多種水果并對其分級的裝置，關(guān)鍵點在于如何分離相應(yīng)尺寸的水果，提出2種設(shè)計方案：一是放置一個傾斜的光滑長板，在上面垂直放置若干橫桿，按果徑從大到小設(shè)置橫桿的高度，從而通過橫桿擋住落下來的水果，被擋住的果子通過橫桿時就會改變運動軌跡，從側(cè)面掉入下方收集箱。二是放置一個V型導(dǎo)流槽，根據(jù)不同的水果分級標(biāo)準(zhǔn)制作分級盤，落下的水果掉入導(dǎo)流槽后可根據(jù)果徑從小到大進(jìn)行分類。V型導(dǎo)流槽底部是鏤空的，兩塊擋板之間有一定角度，水果在其中運動時重心不斷下移，因而能向前滾動，由于存在一定的角度，導(dǎo)流槽開槽距離逐漸增大，大于水果子直徑便會使水果落下，掉入下方收集箱。方案一由于橫桿的存在，個別尺寸“剛好”的水果會在下滑力的作用下擠入橫桿而被卡住；方案二中兩板在側(cè)面支撐，不存在卡住的問題，也能實現(xiàn)分級的功能，因此選擇方案二的設(shè)計。

分級及收集裝置由分級裝置和收集箱組成（如圖3所示）。1） 分級裝置包括底部斜板、側(cè)部斜板和端部梯形板。底部斜板的兩端分別插入左側(cè)板和右側(cè)板上端的連接口內(nèi)，底部斜板上開設(shè)有從左到右逐漸增大的開口；側(cè)部斜板設(shè)有兩塊，其底部位于開口的兩側(cè)且與底部斜板固定連接；端部梯形板設(shè)有兩塊，分別位于開口的兩端，其與底部斜板、側(cè)部斜板固定連接；端部梯形板、底部斜板和側(cè)部斜板構(gòu)成V型斜道。2） 收集箱包括底板、左側(cè)板、右側(cè)板、后端板和若干立板。底板的左右兩端分別豎直設(shè)有左側(cè)板和右側(cè)板，均固定連接在底板上，底板的后端豎直固定連接有后端板；左側(cè)板和右側(cè)板之間設(shè)有若干高度遞減的立板，左側(cè)板、右側(cè)板和立板均與后端板固定連接，這樣左側(cè)板、立板、右側(cè)板之間形成若干落果空間，不同規(guī)格的果實分別落入不同落果空間內(nèi)，果實可以暫時少量存放在落果空間內(nèi)，然后及時取出即可。

3.4 行走裝置

為了方便行走，在收集箱上安裝車輪。可根據(jù)果園實際地形選用不同類型的輪胎。

4 結(jié)語

便攜式電動水果采摘分級裝置集水果采摘、收集與分級于一體。該裝置安全可靠、操作簡便（可單人操作）、攜帶方便，可實現(xiàn)在復(fù)雜農(nóng)場中對各種水果進(jìn)行采收，提高采收效率和質(zhì)量，降低勞動成本，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

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