新型便攜遞推式果實(shí)套袋器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

化延斌，楊建剛，張乃儒，白忠全，袁 信，趙宏博，權(quán)麗春

（扶風(fēng)縣果業(yè)服務(wù)中心，陜西扶風(fēng)722299）

果實(shí)套袋既可以保護(hù)果實(shí)免受鳥類、昆蟲、病原體及機(jī)械損傷帶來的傷害，從而提高果實(shí)的外觀品質(zhì)[1-2]；又可以改善有利于果實(shí)生長和發(fā)育的微環(huán)境條件，從而提高果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)[3-5]。因此，果實(shí)套袋是生產(chǎn)無公害優(yōu)質(zhì)果實(shí)的有效配套技術(shù)措施。然而，目前果農(nóng)進(jìn)行果實(shí)套袋主要依靠純手工完成，勞動強(qiáng)度大、投資成本高、操作效率低、危險(xiǎn)系數(shù)大[6]。現(xiàn)有機(jī)械式果實(shí)套袋裝置需滿足紙袋均被逐只單獨(dú)撐開后才能利用果實(shí)套袋裝置往果實(shí)上套袋，無法實(shí)現(xiàn)多只果實(shí)套袋逐只滑出來進(jìn)行連續(xù)性套袋[7]；現(xiàn)有加熱式果實(shí)套袋裝置需滿足在電池或電源動力下才能完成套袋過程，且局限于給位于樹體一定高度范圍內(nèi)的果實(shí)套袋[8]，由此可見，現(xiàn)有果實(shí)套袋裝置仍存在工作量繁重、操作效率較低且可能會給操作者帶來一定安全風(fēng)險(xiǎn)等缺點(diǎn)[9-10]。

為解決上述問題，陜西省扶風(fēng)縣果業(yè)服務(wù)中心發(fā)明了一種新型便攜遞推式果實(shí)套袋器，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域人工輔助果實(shí)套袋器械，該果實(shí)套袋器與一種設(shè)置有橡皮筋和塑料圓環(huán)的專用套袋配套使用，其核心技術(shù)是首次將超越離合器原理及螺栓和螺母間自鎖式原理結(jié)合應(yīng)用于果實(shí)套袋技術(shù)上，可實(shí)現(xiàn)多只果實(shí)專用套袋被遞進(jìn)式推送且被逐只地單獨(dú)推出，提高了專用套袋使用效率，從而有效提高了果實(shí)套袋效率。該便攜遞推式果實(shí)套袋器采用簡單機(jī)械結(jié)構(gòu)，價(jià)格低廉、操作簡便，配套專用套袋，可應(yīng)用于機(jī)械手的末端執(zhí)行器，容易實(shí)現(xiàn)自動化，更適用于向果農(nóng)推廣。該遞推式果實(shí)套袋器已被授權(quán)中國發(fā)明專利（專利號：ZL 201510663576.0）。

1 便攜遞推式果實(shí)套袋器設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)造

便攜遞推式果實(shí)套袋器由放袋裝置、專用套袋、推袋裝置、手持裝置和復(fù)位機(jī)構(gòu)構(gòu)成，專用套袋放置在放袋裝置上，手持手持裝置，推袋裝置將專用套袋推出，利用復(fù)位機(jī)構(gòu)將推袋裝置復(fù)位，以使該果實(shí)套袋器重復(fù)利用（圖1，2）。

表1 便攜遞推式果實(shí)套袋器不同部位零件結(jié)構(gòu)和功能用途

放袋裝置包括支撐板，支撐板上表面上設(shè)置有4個(gè)沿垂直方向設(shè)置的支撐桿5，在每個(gè)支撐桿5頂端的側(cè)壁設(shè)置有一個(gè)凹槽，一端固定且可旋轉(zhuǎn)的撥片2向上傾斜設(shè)置在支撐桿5內(nèi)，撥片2處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)，支撐桿5上的專用套袋21位于撥片2下側(cè)，撥片2的低端鉸接在支撐桿5內(nèi)壁上，高端延伸出凹槽，且在高端處設(shè)置有彈簧I 1（第一彈性件），彈簧I 1固接在支撐桿5內(nèi)，以使撥片2向內(nèi)壓縮后恢復(fù)初始位置，用于使專用套袋21依次通過撥片2后推出，確保專用套袋21依次遞推出去，在一只專用套袋21推出時(shí)，滑動管3推動該專用套袋21并將撥片2向內(nèi)側(cè)壓縮以使該專用套袋21推出，該專用套袋21被推出之后，下一個(gè)被撥片2阻擋在撥片2下方的專用套袋21繼續(xù)上升通過撥片2后被推出套在果實(shí)上。專用套袋21的袋口處內(nèi)嵌設(shè)置有橡皮筋20（為一彈性圈），且外周設(shè)置有與支撐桿5數(shù)量相同的4個(gè)塑料圓環(huán)19，該圓環(huán)的直徑大于支撐桿5的直徑并小于滑動管3的外徑，用于套在支撐桿5上并抵靠在滑動管3上方，將專用套袋21上的4個(gè)塑料圓環(huán)19對應(yīng)的套在4個(gè)支撐桿5上，可實(shí)現(xiàn)一次性將多只專用套袋21直接撐開，便于直接向果實(shí)上快速套袋，4個(gè)塑料圓環(huán)19抵靠在套在支撐桿5上的滑動管3處，以使滑動管3在上升時(shí)推動專用套袋21上升，且專用套袋21的袋口處的橡皮筋20處于拉伸狀態(tài)，以使專用套袋21脫離支撐桿5后自動收縮套在果實(shí)上（表 1）。

推袋裝置包括設(shè)置在支撐板上的內(nèi)輪（單向主動輪9）內(nèi)側(cè)具有螺紋的超越離合器（單向主動輪9即內(nèi)輪與帶有內(nèi)螺紋的從動輪10即外輪的組合體），與該內(nèi)輪螺紋連接并穿過支撐板底部的帶有外螺紋的螺桿12，在螺桿12的頂部設(shè)置有套在支撐桿5上的滑動管3并通過一支架4連接于螺桿12，以及驅(qū)動超越離合器的外輪（帶有內(nèi)螺紋的從動輪10）的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在手持裝置的手持部的活動式手柄17與帶有橡膠把套的固定式手柄18、設(shè)置在支撐板上表面并位于外輪兩側(cè)的定滑輪7和彈簧II 8（第二彈性件）、設(shè)置有一鋼絲繩15其一端通過定滑輪7且繞經(jīng)外輪與彈簧II 8連接則另一端固接在活動式手柄17上，在活動式手柄17上施加驅(qū)動力，該驅(qū)動力通過鋼絲繩15作用在超越離合器的外輪上，該驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的活動式手柄17便于果農(nóng)操作鋼絲繩15，定滑輪7設(shè)置在支撐板上，用于將作用在鋼絲繩15上的豎直方向的拉力轉(zhuǎn)換為水平方向的拉力，鋼絲繩15繞經(jīng)外輪，將作用在鋼絲繩15的拉力作用在外輪上，用于驅(qū)動外輪，給超越離合器提供驅(qū)動力，當(dāng)消除作用在鋼絲繩15上的驅(qū)動力時(shí)，彈簧II 8自動收縮至平衡狀態(tài)，鋼絲繩15復(fù)位，鋼絲繩15復(fù)位給外輪一個(gè)反作用力，根據(jù)超越離合器的脫離狀態(tài)的特性，外輪上的反作用力不影響內(nèi)輪，避免鋼絲繩15復(fù)位給螺桿12的上升或下降帶來影響。推袋裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)可直接驅(qū)動超越離合器的外輪，超越離合器的外輪帶動內(nèi)輪旋轉(zhuǎn)，以使內(nèi)輪推動螺桿12上升，螺桿12上的滑動管3推動專用套袋21上升，螺桿12與內(nèi)輪之間的螺紋連接促使螺桿12逐漸上升，始終將位于支撐桿5最上方的專用套袋21推出，用于實(shí)現(xiàn)多只專用套袋21的逐漸推出，一次在支撐桿5上放置的專用套袋21的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)螺桿12的上升或下降來調(diào)節(jié)滑動管3頂端與支撐桿5頂端之間放置專用套袋21的間距，由此可見，該驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，便于操作。

手持裝置包括一伸縮桿即大直徑操作桿13與小直徑操作桿16，伸縮桿的頂部與支撐板的底部的連接處具有容納螺桿12的空腔，以容納下降后的螺桿12。

復(fù)位機(jī)構(gòu)包括復(fù)位繩6和復(fù)位螺旋套11，復(fù)位繩6的一端設(shè)置在鋼絲繩15上與外輪接觸的位置附近，另一端上設(shè)置有拉環(huán)并延伸至支撐板的邊緣處，復(fù)位螺旋套11設(shè)置在支撐板的底部，并與內(nèi)輪固接，且螺桿12空心穿過復(fù)位螺旋套11，支撐桿5上放置的專用套袋21都用完后，利用復(fù)位機(jī)構(gòu)將螺桿12復(fù)位至初始位置才能再次使用，螺桿12復(fù)位時(shí)，拉動復(fù)位繩6，沿著與內(nèi)輪驅(qū)動相反的方向旋轉(zhuǎn)復(fù)位螺旋套11，復(fù)位螺旋套11帶動內(nèi)輪與其沿相同的方向旋轉(zhuǎn)，以使螺桿12下降。

1.2 特點(diǎn)

通過彈簧I 1和一端固定且可旋轉(zhuǎn)的撥片2的巧妙結(jié)合，采用一種遞進(jìn)式推送的方式來實(shí)現(xiàn)多只果實(shí)專用套袋21被逐只地單獨(dú)推出的套袋過程；同時(shí)每只專用套袋21設(shè)置有橡皮筋20和4個(gè)塑料圓環(huán)19，可將一套重疊專用套袋的塑料圓環(huán)一次性套在支撐桿5上即可實(shí)現(xiàn)專用套袋21的撐開，一次可實(shí)現(xiàn)多只專用套袋21的撐開，提高專用套袋21的使用效率，進(jìn)一步提高果實(shí)套袋器的使用效率，且采用橡皮筋20封口不會對果實(shí)等造成損害。可移動伸縮式操作桿即伸縮桿能實(shí)現(xiàn)給位于樹體任何位置范圍內(nèi)的果實(shí)套袋，可有效提高套袋操作安全性且降低套袋工作量。該果實(shí)套袋器采用簡單機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便攜性好，操作無需電力或電源，且效率較高，成本較低，更適用于向果農(nóng)推廣。

具體技術(shù)特點(diǎn)為：通過手握活動式手柄17和設(shè)置有橡膠把套的固定式手柄18來牽動鋼絲繩15；通過定滑輪7將鋼絲繩15的豎直力轉(zhuǎn)為水平力；鋼絲繩15牽動單向主動輪9（為超越離合器內(nèi)輪）做單向轉(zhuǎn)動；單向主動輪9帶動帶有內(nèi)螺紋的從動輪10（為超越離合器外輪）轉(zhuǎn)動；通過螺紋之間力的作用使帶有外螺紋的螺桿12向上推進(jìn)，此刻帶動支架4和滑動管3向上移動，推動專用套袋21上的塑料圓環(huán)19滑出，專用套袋21上的橡皮筋20收縮封口，撥片2確保專用套袋21逐只地單獨(dú)滑出。當(dāng)鋼絲繩15拉動單向主動輪9做正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，單向主動輪9也同時(shí)帶動帶有內(nèi)螺紋的從動輪10做正向旋轉(zhuǎn)；但是當(dāng)彈簧II 8收縮并拉動鋼絲繩15使單向主動輪9做反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，單向主動輪9帶動帶有內(nèi)螺紋的從動輪10做反向旋轉(zhuǎn)，單向主動輪9與帶有內(nèi)螺紋的從動輪10巧妙設(shè)計(jì)采用了超越離合器原理，其組合體為一超越離合器，當(dāng)主、從動部分旋轉(zhuǎn)方向變換時(shí)，具有自行離合功能。帶有外螺紋螺桿12和帶有內(nèi)螺紋從動輪10采用螺栓和螺母間自鎖式原理，由于帶有內(nèi)螺紋的從動輪10處于固定位置，當(dāng)帶有內(nèi)螺紋的從動輪10旋轉(zhuǎn)時(shí)，便會使帶有外螺紋的螺桿12向上伸出一定距離。

1.3 具體實(shí)施方式

果農(nóng)將一套重疊專用套袋21的塑料圓環(huán)19一次性套在放袋裝置的支撐桿5上，將放袋裝置對準(zhǔn)目標(biāo)套袋果實(shí)并使果實(shí)位于套帶器中心，手握設(shè)置在手持裝置的手持部的活動式手柄17與帶有橡膠把套的固定式手柄18，按壓活動式手柄17，推袋裝置將專用套袋21上的4個(gè)塑料圓環(huán)19推出，當(dāng)塑料圓環(huán)19被推出時(shí)專用套袋21上的橡皮筋20自動收縮封口，一次套袋作業(yè)完成。當(dāng)所有專用套袋21都被推出時(shí)需要重新添加，此時(shí)只需旋轉(zhuǎn)復(fù)位螺旋套11，使放袋裝置復(fù)位，便可重新添加專用套袋。

1.3.1 具體操作方法 首先果農(nóng)操作者統(tǒng)一將一套重疊專用套袋21上的4個(gè)塑料圓環(huán)19分別套在4個(gè)支撐桿5上，然后調(diào)節(jié)伸縮桿為合適的長度，并通過固定裝置14來固定。果農(nóng)操作者左手握手持裝置的伸縮桿（選擇13，14或16作為任意把持位置點(diǎn)，依個(gè)人感覺而定），右手握設(shè)置在手持裝置的手持部的手柄（為活動式手柄17和設(shè)置有橡膠把套的固定式手柄18），將專用套袋21口朝向目標(biāo)套袋果實(shí)，移動套袋器使得專用套袋21完全覆蓋果實(shí)。手掌用力握緊活動式手柄17拉動鋼絲繩15，鋼絲繩15的豎直拉力被定滑輪7轉(zhuǎn)為水平拉力，鋼絲繩15帶動單向主動輪9轉(zhuǎn)動，同時(shí)拉伸彈簧II 8，單向主動輪9帶動從動輪10旋轉(zhuǎn)，從動輪10利用螺栓與螺母間自鎖式原理使得帶有外螺紋的螺桿12向上移動，同時(shí)帶動支架4和套在支撐桿5上的滑動管3向上移動，進(jìn)而推動套在支撐桿5上的塑料圓環(huán)19。當(dāng)塑料圓環(huán)19滑過一端被固定且可旋轉(zhuǎn)的撥片2時(shí)，塑料圓環(huán)19向下壓動撥片2，此刻彈簧I 1被撥片2壓縮，當(dāng)塑料圓環(huán)19剛脫離撥片2時(shí)，因?yàn)閺椈蒊 1的作用，撥片2被立即彈起，專用套袋21上的4個(gè)塑料圓環(huán)19完全脫離支撐桿5。專用套袋21因?yàn)榇谔幭鹌そ?0的作用被收縮封口。彈簧II 8收縮，拉動鋼絲繩15使單向主動輪9做反方向旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩15的水平拉力被定滑輪7轉(zhuǎn)為豎直拉力，拉動活動式手柄17，使其恢復(fù)原位。向下移動套袋器，第1只專用套袋21套袋過程完成，緊接著執(zhí)行第2只套袋過程直到所有專用套袋21被全部推出。待所有專用套袋21被推送且推出完畢后，向后拉動復(fù)位繩6，同時(shí)旋轉(zhuǎn)復(fù)位螺旋套11，使帶有外螺紋的螺桿12、支架4以及滑動管3同時(shí)向下移動，從而恢復(fù)到初始狀態(tài)，之后便可進(jìn)行下一輪套袋過程。

1.3.2 注意事項(xiàng) 在套袋過程中，應(yīng)盡量確保目標(biāo)套袋果實(shí)處于專用套袋中央，同時(shí)確保果柄處于專用套袋中央；支撐桿與滑動管之間應(yīng)保持較低摩擦力，以便套袋器能順利工作。為此應(yīng)該每隔一段時(shí)間在支撐桿上涂抹適量潤滑油；在使用此套袋器套袋時(shí)，首先要把設(shè)置有橡皮筋的多只專用套袋的塑料圓環(huán)統(tǒng)一套在支撐桿上并抵靠在滑動管上方，因此，需要在短時(shí)間內(nèi)利用完所有專用套袋，否則因橡皮筋長時(shí)間處于變形狀態(tài)，橡皮筋的收縮性可能會極度下降，影響專用套袋正常使用；因套袋器設(shè)置有較多鐵質(zhì)零件，套袋器應(yīng)置于干燥通風(fēng)處，防止生銹，且要避免套袋器被受到擠壓，影響多只專用套袋被逐只地單獨(dú)滑出的成功率。

2 便攜遞推式果實(shí)套袋器效益分析

2.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

一個(gè)果農(nóng)一般每天可手工套袋2000只，但用該便攜遞推式果實(shí)套袋器每天預(yù)計(jì)可套袋8 000只，是手工套袋效率的4倍。一個(gè)果農(nóng)每天人工費(fèi)100元，若采用該便攜遞推式果實(shí)套袋器去實(shí)施完成，只需25元，每天可節(jié)約費(fèi)用75元。顯然，人工采用該便攜遞推式果實(shí)套袋器給果實(shí)套袋可大大節(jié)約費(fèi)用，降低勞動力強(qiáng)度，提高果實(shí)套袋效率。

表2 便攜遞推式果實(shí)套袋器及專用套袋成本、零售價(jià)和稅后利潤預(yù)算

經(jīng)成果轉(zhuǎn)化后，陜西省扶風(fēng)縣果業(yè)服務(wù)中心每年可銷售3萬件便攜遞推式果實(shí)套袋器和3 000萬只專用套袋，每年該便攜遞推式果實(shí)套袋器可盈利91.5萬元，該專用套袋可盈利51萬元，一年可實(shí)現(xiàn)盈利共142.5萬元（表2）。

2.2 社會效益分析

該果實(shí)套袋器降低了果農(nóng)勞動強(qiáng)度和投資成本，提高了套袋操作效率和安全系數(shù)，將實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)果業(yè)生產(chǎn)方式向現(xiàn)代果業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，提高果農(nóng)素質(zhì)，造就一代新型果農(nóng)。