摘要：為提高機(jī)械振動式沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）采收機(jī)的可靠性和作業(yè)效率，改善其可操控性和作業(yè)效果，對采收機(jī)的振動頭改進(jìn)設(shè)計(jì)，在振動頭和軸管間增設(shè)棘輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，將軸管由壁厚為2.0 mm的鋁合金改為壁厚為2.5 mm的不銹鋼管，并將軸管長度縮短33.3%，設(shè)計(jì)出新型對接式果實(shí)收集裝置。試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的機(jī)械振動式沙棘采收機(jī)的可操作性、作業(yè)穩(wěn)定性和可靠性得到顯著提高，作業(yè)效率、采凈率較改進(jìn)前分別提高35%和3%以上，果實(shí)損失率降為原來的近50%。

關(guān)鍵詞：沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）；采收；收集裝置；試驗(yàn)

中圖分類號：S793.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）10-2649-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.050

Abstract： In order to improve the reliability，controllability and working efficiency，the mechanical vibratory sea buckthorn picker has been modified. Ratchet mechanism was set up between vibration head and shaft-tube. Stainless steel pipe whose wallthickness is 2.5 mm was used to instead of aluminium alloy whose wallthickness is 2.0 mm，and the shaft-tube has been shoetened 33.3%. A new kind of fruit collection device has been designed. Tests showed that the mechanical vibratory sea buckthorn picker which has been modified had better controllability and reliability. Its working efficiency has been improved 35%， fruit recovery ratio improved 3%， and fruit loss rate dropped to 50%.

Key words： Hippophae rhamnoides Linn.； picking； collection device；test

沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）是一種生命力極強(qiáng)的灌木，具有很強(qiáng)的防風(fēng)固沙、水土保持作用，果實(shí)富含多種人體所需的營養(yǎng)成分，具有較高的食用和藥用價(jià)值[1-3]。隨著沙棘種植規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大及沙棘果在醫(yī)藥、食品、化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用，逐步形成了符合綠色產(chǎn)業(yè)、綠色食品要求的新興產(chǎn)業(yè)[4，5]。沙棘果簇生于帶刺的沙棘枝干上，具有很強(qiáng)的附著力，其果實(shí)采摘多年來一直是十分棘手的難題[6]。通過對沙棘果多種采收方式的研究與對比，設(shè)計(jì)出機(jī)械振動式沙棘采收機(jī)，以緩解沙棘機(jī)械采收困難的問題。在連續(xù)作業(yè)過程中，機(jī)械振動式沙棘采收機(jī)顯現(xiàn)出可靠性和作業(yè)效率低、可操作性和作業(yè)效果較差等問題。基于此，本研究對其主要作業(yè)部件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并設(shè)計(jì)出與該類型采收機(jī)匹配的對接式沙棘果實(shí)收集裝置，使機(jī)具可操作性、作業(yè)穩(wěn)定性及綜合作業(yè)性能得到顯著提高。

1 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

改進(jìn)后的機(jī)械振動式沙棘采收機(jī)主要由振動頭、機(jī)體、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、齒輪副、棘輪機(jī)構(gòu)、軸管、花鍵軸、汽油機(jī)等零部件組成，如圖1所示。作業(yè)時(shí)，汽油機(jī)直接驅(qū)動花鍵軸，花鍵軸帶動傳動罩內(nèi)的齒輪副，齒輪副改變花鍵軸的旋轉(zhuǎn)面方向并驅(qū)動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄，曲柄滑塊將圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)化為滑塊的往復(fù)運(yùn)動，沙棘枝桿上的振動頭隨之作共頻往復(fù)運(yùn)動，從而振落沙棘果實(shí)，實(shí)現(xiàn)沙棘果實(shí)的機(jī)械振動采收，振落后的沙棘果被圍在沙棘枝干周圍的收集裝置收集。

2 關(guān)鍵作業(yè)部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 振動頭的改進(jìn)設(shè)計(jì)

振動頭是與沙棘枝干直接接觸的作業(yè)部件，作業(yè)過程中高頻往復(fù)運(yùn)動，承受較大的沖擊載荷。原有夾持振動頭主要由內(nèi)桿、外套桿、回位彈簧、鋼絲繩和上、下夾持頭組成，通過鋼絲繩可以對上、下夾持頭間的距離進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)對不同直徑枝干的夾持，且上、下夾持頭間的預(yù)緊力可以通過回位彈簧進(jìn)行調(diào)整[7]。在使用過程中，用戶常將上、下夾持頭的間距固定，回位彈簧在機(jī)具作業(yè)時(shí)易卸荷，導(dǎo)致機(jī)具抖動、果實(shí)采收不理想，于是將回位彈簧壓緊，使其彈性功能基本喪失?；诖?，對振動頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，將夾持頭改為固定結(jié)構(gòu)，主要由卡頭、連接桿等組成，如圖2所示。盛果期的沙棘枝干直徑多在15～35 mm間，將夾持頭間距確定為40 mm，滿足沙棘果實(shí)采收的需要。

2.2 振動頭調(diào)節(jié)部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)

沙棘屬灌木，枝干附生，再加上沙棘產(chǎn)業(yè)為新興產(chǎn)業(yè)，在沙棘種植區(qū)主要是利用其生態(tài)效益，而其經(jīng)濟(jì)價(jià)值尚未引起足夠的重視，對沙棘林的管理不規(guī)范，沙棘林間雜草叢生。原有的沙棘采收機(jī)振動頭設(shè)置在軸管上，振動頭的傾角不能調(diào)整，難以更好適應(yīng)不同操作人員的作業(yè)習(xí)慣，作業(yè)過程中普遍顯現(xiàn)出其可操控性和作業(yè)舒適性差。基于此，在振動頭與軸管間加裝棘輪調(diào)節(jié)部件，該部件主要由棘輪、調(diào)節(jié)手柄等組成，如圖3所示。棘輪調(diào)節(jié)部件一端連接軸管，另一端連接振動頭，根據(jù)操作者身高、操作習(xí)慣及沙棘林實(shí)際情況，可對振動頭的作業(yè)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以提高其操控性和作業(yè)效果。試驗(yàn)表明，操作人員更傾向于將振動頭傾斜一角度進(jìn)行作業(yè)。

2.3 軸管的改進(jìn)設(shè)計(jì)

軸管是連接動力源和振動頭的關(guān)鍵部件，其穩(wěn)定可靠是保證整機(jī)作業(yè)性能的關(guān)鍵。為減輕機(jī)具重量，原機(jī)軸管采用壁厚為2.0 mm的非標(biāo)鋁合金管材，作業(yè)過程中普遍存在固定振動頭的螺栓將軸管拉豁的現(xiàn)象。針對此問題，對軸管進(jìn)行改進(jìn)，將軸管的材料更換為2.5 mm厚的國標(biāo)不銹鋼管，同時(shí)將軸管的長度由之前的1.5 m改為1.0 m，改進(jìn)后整機(jī)重量基本不變，但其整體長度得到縮減，在沙棘林里可以更加便捷進(jìn)行采收作業(yè)。軸管改進(jìn)后操作人員的持續(xù)作業(yè)時(shí)間和勞動強(qiáng)度得到明顯改善，作業(yè)效果得到提高，整個(gè)采收作業(yè)期未發(fā)現(xiàn)有軸管被固定螺栓拉豁的現(xiàn)象。

2.4 果實(shí)收集裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

果實(shí)收集是確保沙棘機(jī)械化有效采收的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，原有收集裝置主要由收集篷布、收集袋、支架、骨架、粘扣帶、吊耳等零部件組成[7]，進(jìn)行沙棘采收前先對沙棘樹進(jìn)行圍網(wǎng)，由于沙棘枝干雜生，圍網(wǎng)困難，且難以達(dá)到理想的圍網(wǎng)效果，圍網(wǎng)卻消耗沙棘采收一半以上的時(shí)間，極大制約著沙棘機(jī)械化采收的效率?；诖耍O(shè)計(jì)了對接式沙棘果實(shí)收集裝置，該裝置主要由支撐輪、機(jī)架、收集箱、支桿、濾網(wǎng)等組成，如圖4所示。作業(yè)時(shí)，兩個(gè)收集裝置成對使用，分別從兩側(cè)對接在待采收的沙棘枝干周圍，沙棘果實(shí)沿濾網(wǎng)落入收集箱內(nèi)，待收集箱集滿到一定程度后，將其取出，把收集箱內(nèi)的沙棘果實(shí)倒入轉(zhuǎn)運(yùn)容器內(nèi)，完成沙棘果實(shí)的一輪收集。試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的沙棘收集裝置可將圍網(wǎng)時(shí)間壓縮為原來的1/3，大幅提高圍網(wǎng)效率和作業(yè)效率，同時(shí)，圍網(wǎng)效果明顯提高，果實(shí)的損失率降低了50%。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)條件

為全面檢測改進(jìn)的機(jī)械振動式沙棘采收機(jī)的作業(yè)性能，依據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/XJZ 01-2012手持振動式沙棘采收機(jī)》，在新疆阿勒泰地區(qū)青河縣的沙棘種植基進(jìn)行田間試驗(yàn)，沙棘樹種選擇較適合機(jī)械振動采收的楚伊和向陽2個(gè)品種，重點(diǎn)測試改進(jìn)前后機(jī)具的果實(shí)采凈率、作業(yè)效率、損失率等性能指標(biāo)。

機(jī)具在正常工作狀態(tài)進(jìn)行收獲作業(yè)，作業(yè)對象均為首次采收的沙棘林，連續(xù)作業(yè)時(shí)間為1 h，每個(gè)品種測試3組數(shù)據(jù)，取其平均值。

3.2 試驗(yàn)分析

改進(jìn)前后機(jī)具的果實(shí)采凈率、作業(yè)效率、損失率結(jié)果見表1。由表1可以看出，機(jī)械振動式沙棘采收機(jī)在改進(jìn)前已達(dá)到較高的采凈率，再加上改進(jìn)前后機(jī)具的工作原理未做改變，通過改變振動頭的結(jié)構(gòu)，將采凈率提高3個(gè)百分點(diǎn)以上。果實(shí)收集裝置改進(jìn)后，大幅縮減圍網(wǎng)時(shí)間，同時(shí)改進(jìn)后的機(jī)械振動式沙棘采收機(jī)結(jié)構(gòu)更緊湊，其操控性和作業(yè)舒適性均得到明顯改善，機(jī)具作業(yè)效率也得到顯著提高，對楚伊和向陽兩種較適合機(jī)械采收的沙棘品種的作業(yè)效率均提高35%以上。采用改進(jìn)后的沙棘果實(shí)收集裝置可以更好從四周包圍需要采收的沙棘枝干，將損失率降低了50%左右，有效降低沙棘果實(shí)從枝干振落后的損失率。

4 結(jié)論

1）振動頭采用固定夾持結(jié)構(gòu)，取消限位彈簧，機(jī)具作業(yè)過程中因共振產(chǎn)生的抖動現(xiàn)象得以消除，解決振動頭設(shè)計(jì)的缺陷，提高其可靠性和作業(yè)穩(wěn)定性，采凈率也有所提高。

2）采用振動頭可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效改善機(jī)具對不同操控人員的適應(yīng)性和作業(yè)舒適性，機(jī)具人性化設(shè)計(jì)得到充分體現(xiàn)，有效保證操作人員進(jìn)行快速高效采收作業(yè)。

3）機(jī)具軸管采用縮短的不銹鋼管材后，有效解決沙棘林帶中操作不便的問題，其作業(yè)穩(wěn)定性和可靠性得到顯著提高。

4）改進(jìn)設(shè)計(jì)的對接式沙棘果實(shí)收集裝置更能適應(yīng)沙棘林的生長特點(diǎn)，達(dá)到快速圍網(wǎng)、高效收集的目的，顯著提高沙棘機(jī)械化采收的作業(yè)效率，為推廣振動式沙棘采收機(jī)械奠定基礎(chǔ)。

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