機(jī)械式田間草莓采摘裝置的設(shè)計(jì)與研究

富麗

摘要：隨著草莓種植的推廣，國內(nèi)草莓種植面積迅猛增加，而收獲勞動力不足，嚴(yán)重制約草莓種植的發(fā)展。本裝置遵循簡單高效、操作方便、性價(jià)比高的設(shè)計(jì)原則，利用純機(jī)械的原理，采用可伸縮式車架，適應(yīng)草莓種植地的各種作業(yè)空間環(huán)境;利用手動機(jī)械臂操控機(jī)械刀頭，大幅度降低采摘人員勞動強(qiáng)度;采用電機(jī)動力改變刀頭方向，提高采摘效率。該裝置設(shè)計(jì)運(yùn)用純機(jī)械原理和機(jī)械手段，具有簡單實(shí)用、存放空間小、便于操作、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用于草莓采摘的生產(chǎn)實(shí)踐中。

關(guān)鍵詞：草莓采摘;簡單高效;操作方便

1.研究目的、背景及意義

水果采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈中最耗時耗力的一個環(huán)節(jié)，具有勞動強(qiáng)度大、人工成本高、季節(jié)性強(qiáng)、時間緊迫等特點(diǎn)。隨著人口老齡化的加劇，使得能夠從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動力越來越少，單靠人工勞作已不能滿足現(xiàn)有的需要。草莓屬于漿果，其含水量大、果皮薄、組織嬌嫩、柔軟多汁，缺乏堅(jiān)硬外皮保護(hù)，因此草莓采摘只能依靠人工，給果農(nóng)帶來諸多不便。在草莓采摘園里，我們時常會看到這一幕，果農(nóng)長時間彎腰作業(yè)，走完上百米的地壟始終抬不起腰，這給果農(nóng)的身體帶來了很大傷害。

因此，為了著力解決彎腰采摘草莓的問題，我們設(shè)計(jì)了這款草莓采摘裝置，該設(shè)備在不耗費(fèi)大量人力的情況下，采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速高效地進(jìn)行草莓采摘，從此果農(nóng)可以“站著”采摘草莓了。此設(shè)備操作簡單、成本低、效率高，適用于各種草莓種植園。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1設(shè)計(jì)思路

該采摘車?yán)眉儥C(jī)械原理，采用可伸縮式車架，適應(yīng)草莓種植地的各種作業(yè)空間環(huán)境;利用手動機(jī)械臂操控機(jī)械刀頭，大幅度降低采摘人員的勞動強(qiáng)度;采用電機(jī)動力改變刀頭方向，提高采摘效率;很好地解決了采摘效率低、人工成本大的問題。

2.1.1功能需求

基于人工采摘草莓存在的問題和弊端，明確了設(shè)計(jì)理念，總結(jié)了機(jī)械式田間草莓采摘車的功能需求，如下表所示：

2.1.2.功能分解及實(shí)現(xiàn)

功能分解：

根據(jù)機(jī)械式田間草莓采摘車設(shè)計(jì)需求，具體功能如下：

1.高效采摘草莓。利用手動機(jī)械臂操控機(jī)械刀頭，大幅度減少采摘人員勞動力;采用電機(jī)動力改變刀頭方向，提高采摘效率。

2.省時省力，減少成本。利用小推車代替人工前行，大大的縮短了工作時間，產(chǎn)品制作簡單，選取材料較為普遍常見，大大降低了成本。

3.操作簡單，維修方便。本產(chǎn)品操作簡單，使用方便，大大減少了維修成本。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示為該草莓采摘裝置的三維圖形，主要由車體支撐部分、手動操縱部分、采摘執(zhí)行部分、采摘車運(yùn)動部分和果實(shí)收納部分組成。

3.2車體支撐結(jié)構(gòu)

草莓采摘車車體框架如圖2所示。我們在左右兩側(cè)框架上配鉆了若干個圓孔，結(jié)合螺栓緊固件來調(diào)節(jié)車體的寬窄，為的是讓草莓采摘車在面對不同寬度的地壟時都能夠正常作業(yè)。

草莓采摘車除了可以調(diào)節(jié)寬窄以外，另一個作用是支撐和搭載，如彈簧座、管固定座、果實(shí)收集盒等都安裝在車體框架上。

3.3 手動操縱拉桿結(jié)構(gòu)

圖3所示為手動操縱拉桿結(jié)構(gòu)。它的主要功能是控制末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)方向。

通過手動操縱拉桿手柄的開合，控制執(zhí)行末端剪夾頭的開合。拉桿中間焊有一個彈簧固定端，與車體搭載的彈簧座共同連接在彈簧兩端，從而間接地將拉桿“固定”在車體上，使拉桿既可以根據(jù)草莓的方位隨意調(diào)節(jié)方向又可以隨車行走。拉桿的另一端設(shè)有刀頭桿支撐座，將拉桿與末端執(zhí)行部分連接起來。

3.4末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)

如圖4所示，拉桿下端的部分即為末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)，即采摘執(zhí)行部分。

末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)主要由夾持器、切割刀片、電機(jī)減速機(jī)等組成。夾持器主要利用夾持柄對果梗進(jìn)行夾緊和釋放，且在與果實(shí)接觸的結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)覆有彈性膠層，以保證在夾緊過程中抓取力分布均勻及增大與果梗間的摩擦力，使夾持可靠。

工作時捏合拉桿的手柄，帶動夾持柄平行靠近并夾緊果梗，然后通過刀片切斷果梗，從而實(shí)現(xiàn)草莓采摘。

4 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用推廣

4.1創(chuàng)新點(diǎn)

1.實(shí)現(xiàn)站立采摘，免去以往彎腰采摘草莓給身體帶來的不適。

2.采用純機(jī)械作業(yè)，使用方便，綠色環(huán)保;

3.本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、工作效率高、成本低廉、維修方便，性價(jià)比極高。

4.2應(yīng)用推廣

本裝置不僅可以采摘草莓，也可用于其他壟作種植物的采摘，功能實(shí)用，性能可靠，操作簡便，綠色環(huán)保;果農(nóng)可單人獨(dú)立操作，并大幅度降低勞動強(qiáng)度，且成本低廉，符合一般果農(nóng)的購買能力，因此有極大的推廣價(jià)值。

（作者單位：陸軍裝甲兵學(xué)院士官學(xué)校）