倪紅福，王志坤，于 晴，林 聰，魏建坤，王兆賀

（德州學(xué)院，山東德州 253023）

大棗采摘分選一體機(jī)

倪紅福，*王志坤，于 晴，林 聰，魏建坤，王兆賀

（德州學(xué)院，山東德州 253023）

隨著生活水平的提高，蔬菜水果在人們飲食結(jié)構(gòu)中占著越來(lái)越重要的地位，但是目前林果業(yè)的機(jī)械化水平較低，特別是大棗的采摘。目前，紅棗收獲主要還是傳統(tǒng)的用棍棒打果枝，使棗落在地上，再采用人工拾取的方法進(jìn)行收獲作業(yè)，不僅耗費(fèi)大量的人力而且成本較高，收獲的效率也比較低，并且棗的分級(jí)挑選更是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，針對(duì)這一現(xiàn)狀研究了一種新型的紅棗收獲機(jī)，集采摘分選于一體，一步到位。

采收；分選；機(jī)械化

棗，不僅是人們?nèi)粘Ｊ秤玫囊环N水果，更是中醫(yī)藥中的一味藥材，在中醫(yī)藥研究中紅棗可以健脾養(yǎng)胃、補(bǔ)氣養(yǎng)血，增強(qiáng)免疫力的同時(shí)還有鎮(zhèn)靜安神的效果。鮮棗可以作為時(shí)令水果食用，補(bǔ)充維生素和礦物質(zhì)。但是大棗的采收卻是不容易的，人工采收效率低下并且大棗容易受外傷影響品質(zhì)，大面積發(fā)展大棗種植時(shí)，必須依靠機(jī)械化來(lái)提高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹，大棗的采收用工量較大，新鮮大棗容易受到損傷，不能供給人們鮮食，只能加工成干棗出售，嚴(yán)重制約了大棗的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此設(shè)計(jì)一款既省時(shí)又省力的收棗分選一體的收棗機(jī)是非常重要的。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)水果采收的機(jī)械研究特別多，其中有大型的收棗設(shè)備，但是國(guó)內(nèi)對(duì)水果采摘機(jī)械研究的就較少，使得鮮食水果供應(yīng)量下降，對(duì)大棗采摘機(jī)械的研究也并不足以使大棗采收走上機(jī)械化。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 打棗裝置的設(shè)計(jì)[1-2]

該設(shè)計(jì)使用一個(gè)高頻低幅敲擊器，敲擊器震動(dòng)帶動(dòng)敲擊棒對(duì)棗樹(shù)枝進(jìn)行高頻率低振幅的往復(fù)振動(dòng)。高振動(dòng)頻率使大棗更充分地與棗樹(shù)分離，減少漏收率。震動(dòng)器不直接接觸樹(shù)體并且震動(dòng)幅度低能更好地保護(hù)樹(shù)體，不影響棗樹(shù)的健康生長(zhǎng)。

大棗震動(dòng)采收是通過(guò)震動(dòng)器帶動(dòng)敲擊器的敲擊棒對(duì)大棗進(jìn)行敲擊，使大棗與敲擊棒所產(chǎn)生的作用力大于果柄與果實(shí)之間的連接力，從而使大棗脫落。

果實(shí)受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1，果實(shí)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。在果實(shí)B處加一振動(dòng)力F（t）為：

在F（t）的作用下B點(diǎn)以A點(diǎn)為中心做擺動(dòng)，那么果實(shí)運(yùn)動(dòng)情況可以簡(jiǎn)化為圖2所示。

選坐標(biāo)X'O'Y'，取B點(diǎn)在X'O'Y'平面內(nèi)的傾角α為廣義坐標(biāo)，則B點(diǎn)在XOY平面內(nèi)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)坐

圖1 果實(shí)受力簡(jiǎn)圖

圖2 果實(shí)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

標(biāo)為：

由拉格朗日方程得出：

式中：W——?jiǎng)幽埽?/p>

U——?jiǎng)菽堋?/p>

將W，U分別帶入拉格朗日方程中，得：

式中：α——大棗果實(shí)擺動(dòng)的傾角；

β——大棗果實(shí)震動(dòng)受力的振動(dòng)頻率；

L——大棗果實(shí)重心到懸點(diǎn)距離；

ω——大棗果實(shí)自由震動(dòng)頻率；

γ——振幅；

m——大棗果實(shí)的質(zhì)量。

由上述計(jì)算可知，運(yùn)動(dòng)由敲擊棒的敲擊作用和果實(shí)自由震動(dòng)組成，可得果實(shí)的法向分力Fn和切向分力Fm為：

Fn與Fm的大小是由擺動(dòng)角α決定的，而α是由F（t）決定，所以可以確定震動(dòng)器的震動(dòng)頻率和震動(dòng)幅度。初步確定震動(dòng)器的震動(dòng)頻率為400～550次/min，震動(dòng)幅度為25～35 mm。

2.2 采集裝置的設(shè)計(jì)[3-5]

采集裝置分為2種，第1種對(duì)于規(guī)?；N植矮樹(shù)型棗樹(shù)，采用一塊帶有出棗口的篷布整個(gè)將棗樹(shù)罩住，敲擊器開(kāi)始工作；第2種對(duì)于大樹(shù)型棗樹(shù)則采用一塊篷布將棗樹(shù)附近的整個(gè)地面鋪蓋，待敲擊器工作完畢，提拉篷布將棗歸攏到輸送裝置。

敲擊器見(jiàn)圖3。

圖3 敲擊器

敲擊器是靠震動(dòng)器帶動(dòng)敲擊棒運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到將果實(shí)敲擊掉落的效果，彈簧設(shè)計(jì)增加了敲擊棒的柔性，更好地保護(hù)大棗的完好度，大幅度減少損果率。

2.3 輸送裝置的設(shè)計(jì)

輸送裝置選用帶有風(fēng)機(jī)的輸送帶，棗在輸送過(guò)程中風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，將混雜于大棗中的落葉與殘枝吹除。

2.4 分選裝置的設(shè)計(jì)

選用不同眼數(shù)的篩網(wǎng)來(lái)分級(jí)篩選棗的大小，分選槽略微傾斜且輕微震動(dòng)使大棗向前移動(dòng)，篩選完的大棗通過(guò)分裝通道裝入袋中，省時(shí)省力。

分選機(jī)基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 分選機(jī)基本參數(shù)

3 結(jié)論

該設(shè)計(jì)需要研究的是大棗采摘機(jī)械的基本形式、采摘的類型和分選裝置的使用。需要充分發(fā)揮機(jī)械的特性，最大程度地利用機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)大棗進(jìn)行采摘并且保證收獲的大棗質(zhì)量和采凈率。機(jī)械化收獲是整個(gè)生產(chǎn)中最重要的環(huán)節(jié)。所以，研究紅棗采摘機(jī)的技術(shù)具有很現(xiàn)實(shí)的意義。

[1]張明峰，周小雙.正態(tài)總體下樣本均值與樣本方差獨(dú)立性的四種證明方法 [J].榆林學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，25（4）：38-56.

[2]楊艷杰.基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的電器漏電智能識(shí)別方法研究 [J].科技通報(bào)，2012，28（6）：205-208.

[3]趙林，王志坤.一種多功能小型機(jī)床的調(diào)查研究 [J].電子世界，2014（6）：190-192.

[4]艾建軍，高韶坤，劉建敏.大棗收獲機(jī)設(shè)計(jì) [J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（12）：434-436.

[5]曲帥帥，王志坤.對(duì)一種小型糧食收集裝置的初步探索 [J].電子世界，2014（8）：244-246.◇

The Machine that can Harvest and Select Jujube

NI Hongfu，*WANG Zhikun，YU Qing，LIN Cong，WEI Jiankun，WANG Zhaohe
（Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China）

With the improvement of people's living standard，fruits and vegetables on the diet structure plays a more and more position，but the low level of mechanization of the horticulture，especially jujube's harvesting.The red jujube's harvesting mainly adopts the traditional method with beating branch，to make dates fall to the ground，then adopts the artificial method picking up to finish harvesting operations.Not only a great deal of manpower，but also a higher cost，the efficiency of the harvest is lower，and picking is very laborious.In view of this situation we studied a new type of red jujube harvest machine，integrating picking separation，one pace reachs the designated position.

harvest；sorting；mechanization

S225.93

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.041

1671-9646（2017） 12b-0050-02

2017-09-22

倪紅福（1996— ）男，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。

*通訊作者：王志坤（1982— ），男，碩士，講師，研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)與制造、產(chǎn)品集成精度加工測(cè)試與控制、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。