感應(yīng)式電動采棗器的設(shè)計與應(yīng)用

張衛(wèi)衛(wèi)　潘瑩　王浩銘　鄧沖　任夢陽

摘要：結(jié)合實用性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計一款感應(yīng)式控制的電動采棗器，用于平地、坡地、山地等多種地域，實現(xiàn)定位、動力振動、傘式多果收集的一體化采摘。棗園采摘作業(yè)試驗表明：電動采棗器的采摘效率大約為徒手采摘的2倍，采摘高枝棗的優(yōu)越性更加明顯。

關(guān)鍵詞：采棗器；感應(yīng)式；設(shè)計；動力振動

中圖分類號：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）01-0029-03

目前，我國果樹大多分散栽培，加之種植地域大多為坡地，大型機械難于開展作業(yè)，仍以人工采摘為主，勞動強度大，勞動效率低。為此，結(jié)合實用性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計一款基于自感應(yīng)式控制的電動采棗器。電動采棗器適用于平地、坡地、山地等多種地域，單人操作，可實現(xiàn)定位、動力振動、傘式多果收集的一體化采摘作業(yè)，采收效率高。

1 電動采棗器的工作原理

電動采棗器主要由動力振動裝置、可調(diào)節(jié)握桿、傘式收集裝置等組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

將可調(diào)節(jié)握桿調(diào)整到適宜高度，把掛鉤振動器掛在果實集中的樹枝上，枝干對光的遮擋驅(qū)使紅外傳感器自行接通電源，電機帶動偏心振動盤旋轉(zhuǎn)，掛鉤產(chǎn)生足夠量的振頻和振幅，使棗果脫離枝丫自由墜落，完成棗果采摘。彈性聯(lián)結(jié)器可有效減震，防止可調(diào)節(jié)握桿擺動和對采摘者手部造成傷害。

2 電動采棗器的設(shè)計

2.1 開關(guān)裝置

在握桿頂部設(shè)有電源總開關(guān)，采摘作業(yè)前打開總電源，采果器處于待機狀態(tài)。選用常開的光電轉(zhuǎn)換開關(guān)，其常態(tài)為斷，工作原理如圖2所示。枝干處于圖2所示位置時，枝干阻斷激光發(fā)射頭與激光接收頭之間光線的傳輸，直流光控開關(guān)閉合，電源和負(fù)載形成閉合回路，掛鉤振動器通電工作。

2.2 掛鉤振動器

掛鉤振動器主要由電機和變速器、控制電路、彈簧、偏心盤等組成，通過彈簧連接在可伸縮握桿的頂端，如圖3所示。

當(dāng)枝干進(jìn)入勾狀切割口，光電轉(zhuǎn)化開關(guān)閉合，控制電路開始工作，接通電源與電機和變速器，輸出軸帶動偏心盤4以3 000 r/min的速度旋轉(zhuǎn)。由于偏心力的存在，掛鉤產(chǎn)生一定的振頻和振幅。掛鉤振動器離開枝干后，紅外光線傳播恢復(fù)，光電轉(zhuǎn)換開關(guān)斷開，控制電路斷開電源與電機的連接，電機停止旋轉(zhuǎn)。光電轉(zhuǎn)換開關(guān)、枝干、電機組成一個閉環(huán)自感應(yīng)控制系統(tǒng)。

2.3 可調(diào)節(jié)握桿

可調(diào)節(jié)握桿包括手柄、調(diào)節(jié)器、握持套和可調(diào)桿，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

可調(diào)桿于調(diào)節(jié)器處分為上下兩截，上半截桿規(guī)格為Φ25 mm×1 mm，下半截桿規(guī)格為Φ27 mm×1 mm。松開調(diào)節(jié)器，可調(diào)桿的上半截桿可向下半截桿內(nèi)縮進(jìn)或伸出，在0～2.5 m的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；下半截桿長3.0 m；整個采棗器的長度在3.0 ～5.5 m內(nèi)可調(diào)。人的身高及臂展約2.0 m（按身高1.7 m計算），故電動采棗器的作業(yè)高度范圍約為5.0～7.5 m。目前，棗樹的樹冠高度一般為5.0～7.0 m，冠幅5.0 m。所以，電動采棗器適合各種樹冠高度的棗果采摘作業(yè)。

3 采摘作業(yè)試驗

為驗證電動采棗器的使用效果，以徒手采摘為對照，分別選擇2棵樹冠高度6.0 m左右、果密程度較為接近的棗樹，開展采摘作業(yè)對比試驗。對照組借助于棍棒等工具采摘，高處借助梯子類工具。試驗時間為10 min，從樹冠下方依次向上方采摘。采摘棗果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

通過表1可以看出：在采摘初期，由于較低樹冠棗果較多，采摘者體力較為充沛，手工采摘和電動采棗器的采摘結(jié)果相差不大；隨著采摘樹冠高度的增加，徒手采摘需要借助于梯子等輔助工具，輔助準(zhǔn)備時間長，加之勞動強度不斷增大，采摘能力明顯下降；采果器不僅效率平穩(wěn)，而且自動省力的優(yōu)勢越來越占優(yōu)。

4 結(jié)論

電動采棗器結(jié)構(gòu)輕巧，操作容易，省力護(hù)果，可實現(xiàn)高枝棗果的電動化采摘，且采摘效率高。動力由光電轉(zhuǎn)換開關(guān)與枝干閉環(huán)控制，省時省電。動力來源為太陽能電池，待機時間長，節(jié)能環(huán)保。果園采摘對比試驗表明，電動采棗器的采收效率明顯高于徒手采摘，采摘高枝棗果的優(yōu)越性成為明顯。試驗結(jié)果表明，在10 min的試驗時間內(nèi)，效率大約是徒手采摘的2倍，隨著采摘過程的進(jìn)行，電動采果器的優(yōu)越性愈加顯現(xiàn)。

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