[摘要]冬棗是我國特有的名優(yōu)果品，在天津市，冬棗的種植面積大約在15萬畝左右，由于冬棗是典型的晚熟鮮食品種，所以脆熟期是其采收的最佳時(shí)期，冬棗采摘機(jī)就是根據(jù)冬棗的生長情況及冬棗的性狀特征，基于機(jī)械理論的基本知識(shí)，設(shè)計(jì)出適于冬棗的采摘機(jī)具，提高了工作效率。本文主要介紹了冬棗采摘機(jī)的設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞]冬棗采摘機(jī)采收

[中圖分類號(hào)]S23[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1003-1650 (2014)06-0220-02冬棗，亦稱凍棗、蘋果棗、雁來紅、冰糖棗，是棗屬的一個(gè)栽培品種，因采摘期可延遲到立冬季節(jié)而得名“冬棗”，是我國特有的名優(yōu)果品。最早在天津市大港區(qū)種植，現(xiàn)存600年的古樹194棵，目前主產(chǎn)地在天津市大港區(qū)、河北省黃驊市、山東省濱州地區(qū)，近年來天津各區(qū)縣、山西、陜西、甘肅和新疆均在引種和發(fā)展，其中天津市冬棗的種植面積大約在15萬畝左右。

我國鮮食棗類有200多種，而冬棗被林果專家譽(yù)為中華稀世珍品，棗品之冠。該品種外形光亮美觀，皮薄核小肉厚，肉質(zhì)鮮嫩而酥脆，口感極佳，富含人體必需的營養(yǎng)物質(zhì)，是目前公認(rèn)的品質(zhì)最好的鮮食棗品種，在國際市場上享有“貴族果品”的美稱，深受消費(fèi)者青睞。近年來，冬棗生產(chǎn)發(fā)展十分迅速，產(chǎn)量逐年遞增。

冬棗平均單果重l7.5克，最大單果重48克；含水分65%，糖高達(dá)32.2%，弱酸0.36%，每10克中含維生素C高達(dá)30毫克，(高于蘋果、梨、葡萄5～8倍)，含果膠0.86%、纖維素1.4%。含鐵0.2毫克、鋅0.83毫克。美國俄勒岡大學(xué)園藝農(nóng)學(xué)院生命研究所主任鮑依爾品嘗后稱其為“世界第一果品”。

冬棗的栽培管理和其他品種棗樹基本相同，每畝栽種110株左右。冬棗的種植對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、開發(fā)旅游資源、扶貧脫困、出口創(chuàng)匯具有重要的作用，發(fā)展前景十分廣闊。

一、冬棗采摘現(xiàn)狀

由于冬棗是典型的晚熟鮮食品種，所以脆熟期是其采收的最佳時(shí)期，其糖度高，風(fēng)味好，含水多，果肉脆。白熟期上述標(biāo)準(zhǔn)均達(dá)不到；完熟期糖度高，風(fēng)味還可以，但含水少，果肉脆度下降，且過分成熟的棗不易貯藏保鮮。

但在生產(chǎn)中，冬棗采收后，還需要經(jīng)過運(yùn)輸、銷售和貯藏保鮮的過程，若不是現(xiàn)采即食，就要適當(dāng)早采，因?yàn)槎瑮椆嫱耆D(zhuǎn)紅以后，已經(jīng)進(jìn)人脆熟期的后期，它會(huì)在2～3天內(nèi)進(jìn)人完熟期。完熟期的冬棗將失去鮮脆狀態(tài)，品質(zhì)下降，故冬棗宜在初紅至半紅期采摘為宜。由于冬棗具有成熟期不集中的特點(diǎn)，最好分批進(jìn)行采摘。

冬棗果皮薄，果肉酥脆，因此，冬棗的采收不同于其他制干品種，不能采用桿振法，也不能采取乙烯劑催落的方法，目前主要采取人工采摘的方法。

冬棗人工采收，也要本著“輕摘、輕放、避免擠碰、摔傷和保持果實(shí)完整”的原則，所謂果實(shí)完整，即要求棗果帶有果柄，并使棗果與果柄間不能有拉傷，給果實(shí)柄端留下傷口，因?yàn)楣幍膫诤苋菀赘腥静【辊r棗腐爛。采摘時(shí)切忌用手揪拉果實(shí)，最好用一手托住棗果，另一手用疏果剪從果柄與棗吊連接處剪斷，這樣既能避免果與果之間的摩擦，也能保持果實(shí)的完整。樹冠下部的果實(shí)，采果人站在地上輕摘輕剪，并輕放于容器中，樹冠上部的果實(shí)需站在高凳上采收。冬棗采摘時(shí)應(yīng)避開清晨露水未干的時(shí)間，因?yàn)榇藭r(shí)摘果易造成果柄處裂果，應(yīng)在晴好天氣上午10時(shí)以前進(jìn)行，陰雨天、有霧、果面潮濕時(shí)不適宜采收。

采收時(shí)均以目測粗略分級(jí)，分大、中、小3個(gè)級(jí)別，成熟度按果皮顏色分白熟果、初紅果、半紅果、全紅果。通常采用樹上分級(jí)采收，即采摘和分級(jí)同時(shí)進(jìn)行，按果實(shí)大小和成熟度分級(jí)要求分別依次帶柄采摘，采后果實(shí)直接放入貯藏箱中，入庫貯藏。采摘過程中要注意輕拿輕放，避免擠壓碰傷，臨時(shí)存放須置樹下、屋內(nèi)等陰涼處。

在冬棗生產(chǎn)作業(yè)中，收獲采摘約占整個(gè)作業(yè)量的40%。冬棗采摘作業(yè)是冬棗生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是高空采摘，由于不能直接接觸，必須靠梯子，凳子等輔助登高工具完成，更增加了采摘難度和危險(xiǎn)性。與此同時(shí)，采摘作業(yè)質(zhì)量的好壞還直接影響到產(chǎn)品的后續(xù)加工和儲(chǔ)存，從而最終影響市場價(jià)格和經(jīng)濟(jì)效益，如何以低成本，高品質(zhì)采摘冬棗是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必須重視和考慮的問題。

由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性，目前國內(nèi)冬棗采摘作業(yè)全部是手工完成。隨著人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本也將提高。因此，發(fā)展機(jī)械化采摘技術(shù)，研究開發(fā)冬棗采摘機(jī)械具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、便攜式冬棗采摘機(jī)的設(shè)計(jì)

本研究就是根據(jù)冬棗的生長情況及冬棗的性狀特征，基于機(jī)械理論的基本知識(shí)，設(shè)計(jì)出適于冬棗的采摘機(jī)具。具體來講，就是根據(jù)果實(shí)的高低選擇桿的長短，桿長分成兩部分，分別為短桿和長桿，中間連接可以旋轉(zhuǎn)，把短桿套在長桿里面。動(dòng)力傳遞部分根據(jù)受力情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過操作應(yīng)能夠使果實(shí)和果吊順利分離。

冬棗采摘機(jī)由水果筐、板車、電瓶、電線、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、采摘桿、細(xì)繩、剪刀、網(wǎng)兜組成。所述傳動(dòng)裝置由轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤和張緊裝置組成。便攜式冬棗采摘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

采摘機(jī)與前兩種采摘器相比，性能上有了較大的提高:

⑴ 把剪刀換成了性能更好的高枝剪刀；

⑵ 調(diào)整了網(wǎng)兜與剪刀的距離；

⑶ 采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)細(xì)繩，省時(shí)省力；

⑷ 采摘桿的長度可以調(diào)節(jié)，細(xì)繩的長度也可以調(diào)節(jié)，不需要梯子、凳子等輔助登高工具。

1.水果筐2.板車3.電瓶4.電線5.電動(dòng)機(jī)6.轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤

7.張緊裝置 8.采摘桿9.細(xì)繩10.高枝剪刀11.網(wǎng)兜

1.傳動(dòng)部分

在整個(gè)采摘機(jī)中，傳動(dòng)部分是最重要的，是整個(gè)機(jī)器的靈魂，圖4為傳動(dòng)部分示意圖。

1．彈簧2．張緊部分3．圓盤4．滾筒

2.彈簧

連接在長竿與把手之間的彈簧，用于固定把手在竿上的位置，目的是為了讓把手在沒有足夠大小的外力作用時(shí)，待在固定的位置上。此彈簧用市場上最普通最常見的即可，因?yàn)榇瞬烧獧C(jī)的使用者可以根據(jù)自己手臂的長短，自己的習(xí)慣適當(dāng)?shù)母膭?dòng)把手的位置，因此該裝置對(duì)此處彈簧沒有嚴(yán)格的要求，（建議用5cm左右，彈性較小的即可），其使用壽命由使用者根據(jù)實(shí)際情況而定。其更換也十分簡單，手動(dòng)就可將其拆下，換上新的彈簧即可。

3.張緊部分

張緊部分由1個(gè)把手、2個(gè)定滑輪、1個(gè)動(dòng)滑輪、1個(gè)滾軸、一根細(xì)長繩和一個(gè)彈簧組成。

3.1把手：由三角形的兩個(gè)直角邊組成，短邊桿長5cm，長邊桿長15cm，在長桿上距直角5cm處打通一小洞，作為連接采摘桿用。在直角處裝一掛鉤，用于鉤掛彈簧。在把手的短桿頂端處裝一個(gè)滑輪，用于與細(xì)繩的接觸。

3.2定滑輪：安裝在長桿上，作為固定細(xì)繩用。

3.3動(dòng)滑輪：安裝在把手短桿的頂端處，作為把手作用細(xì)繩的樞紐。

3.4滾軸：裝在長桿上，用來固定把手。

3.5細(xì)長繩：貫穿于整個(gè)裝置，主要起連接各個(gè)部件作用。

3.6彈簧：連接于把手和長桿之間，主要起固定把手的作用，使把手不會(huì)亂動(dòng)。

4.圓盤

圓盤的實(shí)際尺寸設(shè)計(jì)為d=6cm，從圓盤的外邊向內(nèi)延伸1cm為羅紋狀，為的是圓盤與蝸桿相嚙合，形成渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)。將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸插到蝸桿中并固定，這樣當(dāng)圓盤與蝸桿嚙合，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤也將隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)是為了減慢圓盤的轉(zhuǎn)速，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)很快，如果讓電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)圓盤，圓盤的轉(zhuǎn)速也會(huì)很快，很容易出危險(xiǎn)。

蝸桿是電動(dòng)機(jī)與圓盤的鏈接裝置，并起到減速的作用。

圖8所示為將螺絲裝在圓盤上，距圓盤外圓0.5cm，螺絲凸出的部分是來放滾筒的，滾筒綁著細(xì)繩，這樣當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可將貫穿整個(gè)裝置的細(xì)繩拽動(dòng)5cm。滾筒和螺絲之間要上好潤滑油，使他們之間要達(dá)到最佳的潤滑效果，為的是不讓細(xì)繩產(chǎn)生纏繞。

5.剪刀

圖8為采摘機(jī)所需要的剪刀的類型，就是市場上很容易買到的園林高枝剪，當(dāng)然還要在剪刀片的下方裝上一個(gè)口袋來接摘下來的果實(shí)。但是根據(jù)實(shí)際考慮，我們所要采摘的是冬棗，不需要這么大的剪刀和彈力這么大的彈簧，所以所需要的剪刀的大小為圖8的二分之一即可滿足需求了。這樣剪刀的活動(dòng)刀片的刀把長度為10cm（從刀片的固定點(diǎn)到接繩點(diǎn)的距離），簧長5cm，彈簧的拉力在30牛左右，剪刀從張開到完全閉合需要細(xì)繩運(yùn)動(dòng)8cm，因此需要彈簧最少能伸長5cm。

6.采摘桿

由于樹枝有長有短，所以采摘桿也應(yīng)有長有短。根據(jù)果樹的高低選擇桿的長短，根據(jù)冬棗樹的實(shí)際情況，選桿總長2.5m，分成兩部分，分別為1.5m和1m，短桿套在長桿內(nèi)。

根據(jù)人手握長段桿及張緊裝置的動(dòng)作，桿的直徑應(yīng)在20～40mm之間。

考慮短桿套在長桿中，故長桿直徑選在25mm，短桿直徑為20mm，為方便與剪子柄連接，而且這樣比較普通的長短桿組合在市場上也很容易買到。

圖9所示為兩長短桿的標(biāo)準(zhǔn)長度，當(dāng)采摘桿1和采摘桿2組合時(shí)，桿1至少有20mm的長度要插在桿2里，所以桿1和桿2組合所達(dá)到的長度為2480mm。

三、電瓶、電動(dòng)機(jī)

1.電瓶的選型

所需的電瓶也是很容易買到的普通電瓶，就用電動(dòng)車上所用的電瓶就可以如圖11所示，其大小為180mm×95mm×170mm，輸出電壓為48V。

2.電動(dòng)機(jī)的選型

考慮到電動(dòng)機(jī)要裝在采摘剪的長桿上，所以不能太大，所以合適的電動(dòng)機(jī)的體積應(yīng)在100mm×50mm×50mm左右。因?yàn)閺椈傻睦υ?0N左右，所以電動(dòng)機(jī)所能輸出的動(dòng)力應(yīng)大于30N，太大也不好，造成浪費(fèi)，考慮到摩擦力的影響，選擇動(dòng)力為50N所需電壓為48V的電動(dòng)機(jī)。

四、結(jié)論

便攜式冬棗采摘機(jī)是將電動(dòng)機(jī)和園林高枝剪有機(jī)的結(jié)合起來，利用了簡單的蝸輪蝸桿運(yùn)動(dòng)原理將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)繩的上下運(yùn)動(dòng)，又因電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度太快，利用蝸輪蝸桿運(yùn)動(dòng)間接的減慢電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。由于在市場上買到的園林高枝剪太大，比較笨重，彈簧的彈力也太大，如果按照市場上原樣的剪刀做就需要選擇較大的電動(dòng)機(jī)，這樣會(huì)造成很大的能量浪費(fèi)，所以將剪刀縮小到市場上的二分之一大小，彈簧的拉力在30N左右，這樣不僅節(jié)約能源而且使用起來更安全。

機(jī)械碰傷是造成冬棗果實(shí)腐爛的一個(gè)最重要原因，因此用剪刀剪斷果柄時(shí)不能破壞果實(shí)，最好在田間樹下嚴(yán)格按成熟度進(jìn)行采收，采后應(yīng)剔除病殘果和碰傷果，人工分選后，按每箱12.5～15.0 kg規(guī)格在0～2℃溫度下預(yù)冷，貯存。

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