便攜式高空半球大范圍采摘裝置的設計

趙紅

摘要：根據國內水果采摘需求，利用三腳架、電動伸縮桿形成高空半球的采摘范圍，自主研發凸輪機構與曲柄滑塊機構串聯的采摘夾片，實現水果的果蒂取果和剪切取果。采摘裝置具有經濟、實用、成本低、效率高、安全等特點，具有一定的實用性和推廣價值。

關鍵詞：采摘夾片；果實；設計；凸輪機構；高空

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：B 文章編號：1674-1161（2018）01-0018-03

目前，國內的果園大多是非標準化種植，大型水果采摘設備無法進入果園，所以果實仍主要采用人工采摘方式。采摘過程中，需對果實進行成熟度判斷和收獲，并不時移動梯子。由于果園地面不平整，不僅影響采摘效率，而且存在諸多安全隱患。總體來說，果實收獲作業是一項勞動強度大、消耗時間長、具有一定風險性的作業。在此情況下，研究開發適用的水果采摘機械，不僅能在很大程度上減輕勞動強度，而且能夠提高生產效率，具有廣闊的市場前景。

1 國內果實采摘現狀

我國水果采摘機械發展緩慢，遠落后于種植業機械，研究成果也較少。隨著國外技術的不斷創新與提高，我國的水果采摘技術不斷進步。但受地域性、生產模式等各方面限制，大型采摘機械在我國應用范圍較小。基于我國的實際情況，開發經濟性、操作簡、適合長時間高空作業的半自動仿生采摘的小型采摘設備，具有非常重要的意義。

目前在我國采摘水果時主要以人工為主，具體有3種方式：果農直接用手采摘；手持工具，夾摘或剪切果柄；直接鐮刀頭鉤采。就第一種采摘方法而言，如果果樹比較高、樹枝又比較脆，容易傷害果樹。第二種采摘方式只適合果柄比較長的果子，但容易因果柄脫落摔壞果實；如果是中間剪切果柄取果，剩余果蒂影響來年結果率，且每次只能采摘一個水果，采摘效率很低，不適用于長時間、大面積采摘。第三種采摘方式在果蒂處斷開，枝條扭斷處茬口斷裂，影響果枝成長。

人工采摘方式符合果農“果蒂取果，輕拿輕放，不傷樹枝”的采摘要求，但全人工采摘成本高、危險大。以山東為例，人工費用為男工400元/d，女工300元/d，采摘成本接近1萬元/667 m2。為此，結合國內實際情況，適合長時間高空作業、模擬人工采摘的小型半自動水果采摘器具有廣闊的應用前景。

2 便攜式高空半球大范圍采摘裝置設計思路

利用機械的凸輪機構、曲柄滑塊機構、螺旋結構等組合成手動便攜式采摘裝置，適用于國內非標準化種植長柄果實的果園，如蘋果園、梨園等。具有成本低、操作簡單、適合長時間高空作業的特點，果農使用采摘裝置可輕松進行高空的水果采摘，采摘過程符合“果蒂取果，輕拿輕放，不傷樹枝”的采摘原則，不僅可以保證采摘過程中的安全性和果實的采摘質量，還能提高采摘效率和翌年結果率。

3 便攜式高空半球大范圍采摘裝置的結構及作用

3.1 結構組成

采摘裝置由三腳架、伸縮桿、電動推拉桿、果實滑道、采摘夾片組成，結構見圖1。

3.2 零部件作用

三腳架（圖2）當底座，起支撐、高度調整、采摘裝置360°旋轉的作用，利于實現長時間采摘。

1.0～2.5 m的伸縮桿（見圖3）用來調整高度，便于采摘不同高度的水果。利用螺旋機構（圖4）控制伸縮桿的伸縮量，便于輔助采摘不同位置的水果。

采摘夾片是自主研發采摘的關鍵裝置，運用Solidworks設計及仿真，借助3D打印技術，經過多次調試制作而成。通過凸輪機構和曲柄滑塊機構的串聯實現加持和采摘功能，采摘速度為3 s/個。其結構見圖5。

模擬自行車剎車裝置設計的手剎動力裝置（見圖6），用來控制采摘夾片的開合。

果實滑道（圖7）利用彈力織物開口和外網，分階段對掉落的果實減速，控制水果的下降速度，實現高空水果下落收集。

高空下落的水果，最后通過傘形減震果實收集器（圖8）收集。

4 便攜式高空半球大范圍采摘裝置技術性能

裝置折疊后總長不超過1.2 m，質量不超過4 kg，便于攜帶。三腳架、立柱、滑臺、伸縮桿的總高度達到4 m，可以滿足大多數果園果樹的采摘高度。三腳架可以帶動整個裝置實現圓周方向360°旋轉，滑臺可控制伸縮桿和采摘夾片在水平線以上0～90°范圍，故采摘夾片可到達1.5～4.0 m半球的任意位置，實現高空半球大范圍采摘。收集裝置可以實現果實迅速下落及收集工作，使用壽命10 a以上。

5 便攜式高空半球大范圍采摘裝置的推廣應用前景

5.1 推廣應用前景

采摘裝置適用于國內非標準化種植的果園，成本低、操作簡單、適合長時間高空作業，采摘過程符合“果蒂取果，輕拿輕放，不傷樹枝”的原則。裝置采用常用的機構與零件，結構簡單，采購方便，組裝維修容易；全手動操作，不需要任何電源，更安全、可靠，適用范圍更廣。

5.2 效益分析

采摘只需女工，速度是人工采摘的1.5～2.0倍，裝置壽命長，維修容易，成本低，有較大推廣價值。目前，樣品部分零部件為金屬成品，成本在700元左右，批量生產及零部件的材質采用工程塑料，成本及質量大幅降低，有利于大面積推廣應用。

參考文獻

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