可移動紅棗收獲機

郭三琴 寧義超 付云鳳 楊俊 李晗昀

摘要：為了解決紅棗采摘難的問題，本文針對矮化密植紅棗的種植模式和生長特點，我們設計了可移動紅棗收獲機。旨在解決紅棗采摘人工收獲效率低、勞動強度大、成本高等問題。重點闡述各關鍵部件的設計。

Abstract： In order to solve the problem of difficult jujube picking， we designed a movable jujube harvester for the planting patterns and growth characteristics of dwarf dense planting jujube. The aim is to solve the problems of low efficiency， labor intensity and high cost of artificial harvesting of jujube. This paper focused on the design of each key component.

關鍵詞：可移動紅棗收獲機；效率；經濟

Key words： movable jujube harvester；efficiency；economy

中圖分類號：S225 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0149-02

0 引言

紅棗在我國種植廣泛，且近年來我國紅棗產量呈持續增長的趨勢。而我國新疆憑借得天獨厚的自然條件非常適宜栽植品質優良、產量高的紅棗。新疆紅棗的主要種植模式是矮化密植。但隨著紅棗種植面積不斷增長，現有的紅棗采收方式相對落后，每年的收獲季節都需要大量勞動力，且采摘效率低、費用高，因此高效的紅棗采摘機械的研發極為符合市場需求。

1 整機結構及工作原理

1.1 整機結構

針對新疆紅棗矮化密集的種植模式和采收技術要求，本機的工作原理是通過振動樹冠來進行紅棗的采收，主要由機架、可移動式底盤、激振裝置、集果裝置等組成。該機機架與可移動式底盤連接，激振裝置對稱固裝在可移動式底盤上，集果裝置在可移動式底盤上，如圖1所示。

1.2 工作原理

該機械由兩個12v的蓄電池分別供電給兩個直流減速電動機，由其驅動激振裝置轉動，進行打棗工作。根據紅棗的生長高度，工作時，收獲機騎跨在棗樹上行走，激振裝置上的撥桿插入樹冠，直流減速電動機驅動的激振裝置沿棗樹兩側通過，直流減速電動機通過聯軸器與立軸相連，從而使兩個立軸上的撥桿產生相對的圓周運動，擊打樹枝。紅棗在樹枝傳遞的激振力作用下產生慣性力，當慣性力大于紅棗的果柄拉斷力時，紅棗掉落在集果裝置上，完成收獲任務。

2 關鍵部件設計

2.1 激振裝置

紅棗收獲機一共有兩個激振裝置，對稱固裝在可移動式底盤上，通過圓周運動擊打樹枝實現紅棗與樹枝的分離。激振裝置主要由撥桿滾筒組成，是激振裝置的核心工作部件，是影響分離效果和分離效率的主要因素，也是本作品研究的重點。根據紅棗的農藝要求將兩個撥桿滾筒豎直安裝在機架的兩側，每個撥桿滾筒上等距離安裝三排圓盤總成，工作時，利用三排圓盤總成同時進行振動作業來實現紅棗與果枝的有效分離。如圖2所示。

2.1.1 撥桿滾筒的設計

撥桿滾筒是激振裝置的核心工作部件，設計結構合理的撥桿滾筒不僅能更好地實現紅棗與樹枝的分離，而且可以在一定程度上降低工作時對樹枝的損傷。撥桿滾筒由圓盤總成、立軸、軸承等部件通過組裝式方法組成，并在撥桿滾筒上完成相關部件的定位和裝配。圓盤總成則由撥桿和尼龍材料的八邊形盤組成。每組圓盤總成之間保證一定的間隙。

撥桿裝置是激振裝置的核心工作部件。工作時，撥桿裝置以一定的頻率和振幅振動，將紅棗振落。

2.1.2 撥桿的設計

撥桿的主要作用是擊打樹枝，使紅棗與樹枝分離。根據實地調研發現，撥桿在工作過程中會與紅棗樹枝產生摩擦，而不同材料產生的摩擦力以及對樹枝的損壞程度都不同。經過多方對比，我們將撥桿的材料選為尼龍。這種材料的優點：力學性能高、耐熱性高。后期通過加工工藝，將插入八邊形方盤的一段撥桿做出螺紋，通過螺紋連接，將撥桿固定在八邊形方盤側面的深20mm的孔中。結合矮化密植棗樹的生長情況，要使撥桿能將紅棗振落，撥桿所產生的的慣性力必須大于紅棗的果柄拉斷力，同時還要小于紅棗的破裂力。

工作時，兩個撥桿滾筒是騎跨在一行棗樹上對其進行采收。根據棗園調研，最后確定的撥桿長度選為170mm，直徑是10mm。如圖3所示。

2.1.3 撥桿的排列

撥桿的作用是跟隨圓盤的轉動擊打樹枝，使紅棗與樹枝分離，并且能保證紅棗順利落下進行收集，在要求在保證分離效果的同時，盡可能減少對紅棗和樹枝造成機械損傷。對駿棗和灰棗的果實尺寸進行測量，測量結果表明，駿棗果實的縱向直徑為：35-41mm，縱向直徑為：25-29mm；灰棗果實的縱向直徑為：30-36mm，縱向直徑為：20-27mm。從而確定任意兩撥桿之間的距離都不小于41mm，且為保證撥桿在棗樹間的通過性，撥桿采用圓柱輻射狀排列方式。在綜合分析撥桿在棗樹間的通過性和分布的前提下，確定每個八邊形方盤上有四根撥桿。孔中的20mm，立軸的長為750mm，直徑為30mm，所以八邊形盤的長為120mm，厚度為10mm。如圖4所示。

2.1.4 相鄰圓盤總成間隙的確兩定

考慮到圓盤總成在樹枝之間的通過性以及上下兩層樹枝的距離，通過棗園調研，最終確定兩圓盤總成之間的距離為100mm，共有6個圓盤總成。圓盤總成即由6個八邊形盤和24根撥桿組成。每個撥桿滾筒上有3個八邊形的方形盤和12根撥桿。

2.1.5 立軸的設計

立軸是圓盤總成的載體，工作時，在電機驅動下進行旋轉運動，因此要保證有足夠的強度和穩定性。立軸的兩端精加工后與軸承進行配合，通過軸承座固定在機架上。本次作品立軸選用長750mm，直徑為30mm的實心圓管。安裝時，將八邊形盤與立軸通過緊定螺釘，使圓盤總成固定在立軸上，防止其上下竄動。

2.2 電機的分析

根據打棗實驗的實際情況分析得到，直流減速電動機選用的參數為電壓：120V；功率：90型200W；轉速：120r/min。由12V的蓄電池供電給直流減速電動機，由直流減速電動機驅動激振裝置轉動，進行打棗工作。

2.3 參數、工況和性能分析

2.3.1 工藝參數

可移動式紅棗收獲機相關工藝參數，整機尺寸：105×85×140mm；電源：12V。

2.3.2 工況分析

本作品適用于矮化密植的紅棗樹的采摘，主要由機架、可移動式底盤、激振裝置、集果裝置等組成，共同實現紅棗的采摘與收獲。

2.3.3 性能分析

通過對本作品進行理論分析，實驗操作運行，本作品設計合理，能達到預期的采摘功能。

3 結語

①可移動紅棗收獲機的應用可以充分利用機械低成本、高效率的優勢，改變了原本高成本、低效率的人工采收模式。②可移動紅棗收獲機代替了以往的人工采摘作業，解放了生產力，改善了工人的作業環境。為大規模紅棗種植戶的采摘提供了便利。③可移動紅棗收獲機采用的結構簡單不復雜，理論上達到了采摘要求及其它相應工作條件。理論上收獲機有較高的利用價值。

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