一種電動蘋果采摘裝置設計

黃俊華 劉富成 西北農(nóng)林科技大學

引言

我國是世界上人口最多的國家，每年我國的水果產(chǎn)量與消費穩(wěn)居世界前列，水果種植業(yè)的繁榮發(fā)展大大刺激了果園采摘機械的市場需求，而在我國的水果種植業(yè)中，蘋果占有極其重要的地位，水果采摘作業(yè)所用勞動力占整個生產(chǎn)過程所用勞動力的33%～50%，研究蘋果采摘裝置，對提高蘋果果實采摘的機械化、自動化水平具有重要現(xiàn)實意義。

1 采摘裝置的結構設計

目前常見的蘋果采摘設備多為伸縮桿式，采摘末端執(zhí)行器有抓取式、切割式、負壓吸取式等，它們各有優(yōu)缺點，抓取式的采摘裝置比較難定位，要收獲位于果樹較高位置的蘋果較為困難，且抓取式的裝置不容易保留果柄；切割式的采摘裝置可保留蘋果果柄，但也容易誤傷蘋果，在采摘時可能損壞蘋果表皮；負壓吸取式的采摘裝置要求附加空氣壓縮機產(chǎn)生大吸力吸取蘋果，成本較高且設備笨重。

本文研究設計的一種電動蘋果采摘裝置包括四部分：電動伸縮桿、蘋果采摘刀頭、電控系統(tǒng)和蘋果下落緩沖通道，如圖1 所示，為該電動蘋果采摘裝置的結構圖，圖2 所示為該采摘裝置的實物圖。

圖2 電動蘋果采摘裝置實物圖

蘋果采摘刀頭包括直流電機、上蓋板、下蓋板和刀片。刀片位于上蓋板與下蓋板之間，上、下蓋板的外形是“V”字型，既有利于將蘋果的果柄引入刀片切割位置，又有利于使用者操作該采摘裝置時對果樹上蘋果的定位；刀片套接在直流電機軸上，當電機軸轉動時，帶動刀片隨之轉動，從而完成割斷果柄；通過位于伸縮桿上的開關可以控制電機的啟停。采用旋轉切割的方式，可以保留蘋果的果柄，有利于蘋果的長期貯存。蘋果采摘刀頭的結構如圖3 所示。

圖3 蘋果采摘刀頭

電動伸縮桿由鉸接裝置、內套桿、外套桿、牽引鋼絲、牽引電機組成。鉸接裝置上聯(lián)接蘋果采摘刀頭，其下端固定在內套管的上端；內套管內套于外套管；牽引鋼絲固定于內套管的底端，從外套管的頂端引出，引出端與牽引電機軸相連；牽引電機固定在外套管中段，當牽引電機轉動時，通過牽引鋼絲帶動內套管在外套管內運動，實現(xiàn)伸縮桿的伸縮運動。這種通過電機轉動牽引鋼絲，從而實現(xiàn)內套管的直線運動的方式，解決了目前一些蘋果采摘桿需要人為調節(jié)桿長的問題。

蘋果下落緩沖通道包括網(wǎng)袋、布筒和緩沖阻擋布條，網(wǎng)袋上端與采摘刀頭的下部相連，下端與布筒相連，布筒內接有許多相互成不同角度緩沖阻擋布條，這些布條屬于柔性材料，不會對蘋果造成硬損傷。網(wǎng)袋類似于漁網(wǎng)，網(wǎng)袋許多空洞的結構有利于果農(nóng)采摘蘋果時清楚地觀察蘋果的位置，避免被布筒阻礙視野。緩沖阻擋布條可以在蘋果果柄被刀片割斷，蘋果下落時起到緩沖的作用，因為蘋果在布筒內會撞到布條，被阻擋后的蘋果速度出現(xiàn)顯著下降，布筒內相互成不同角度的多層緩沖阻擋布條能有效地減緩蘋果下落速度，起到保護蘋果的作用。

另外，蘋果下落緩沖通道可以很方便地加長，在蘋果下落緩沖通道的出口接一個果實收集箱便可以實現(xiàn)蘋果的連續(xù)采摘作業(yè)，避免了摘一個蘋果收一個蘋果的麻煩。

2 工作過程

在實際使用時，果農(nóng)可以通過操作控制牽引電機調節(jié)電動伸縮桿的伸縮，使蘋果采摘刀頭接近蘋果果柄處，透過網(wǎng)袋進一步確認蘋果的具體位置，通過采摘刀頭上蓋板與下蓋板形成的“V”型引導槽將蘋果果柄引入刀片切割位置，按下切割電機驅動開關，驅動直流電機使切割刀片快速轉動，將蘋果果柄割斷，蘋果落入蘋果下落緩沖通道，順著柔性緩沖通道逐級減速，平穩(wěn)無損地進入到蘋果收集裝置，最終完成蘋果的采摘。

3 結束語

本文研究設計了一種電動蘋果采摘裝置，該裝置的結構較為簡單，使用方便、操作省力，通過電動控制的方式實現(xiàn)了桿的伸縮與蘋果的采摘，降低了果農(nóng)的勞動強度，在一定程度上提高了蘋果采摘的效率。我國近年來大力支持農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，我國也是歷史悠久的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)機械化是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的基礎，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。