李曉光 謝雷 徐彭飛 金凱樂 張弛

摘 要：本文針對草莓采摘問題，設(shè)計了一種壟作式草莓采收一體機(jī)。其通過采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)和收集機(jī)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)了草莓采收一體化；通過腳踏式杠桿升降裝置實(shí)現(xiàn)采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)豎直方向上的位姿變換。不僅實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)采收，而且降低了采摘者的勞動強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：草莓；采摘；采收一體化；杠桿原理

我國的草莓產(chǎn)業(yè)在近20年中得到了迅速發(fā)展。截止2015年，我國草莓種植面積已達(dá)220萬畝。但傳統(tǒng)的采摘方式一定程度上影響了草莓產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。傳統(tǒng)的純?nèi)斯げ烧姆绞胶臅r長，不能及時的滿足市場需求。并且用于草莓采摘、運(yùn)輸?shù)葧r間越久，草莓的新鮮度與口感越差。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工資水平的逐漸升高，如何減少在草莓采摘中減少勞動力的投入，提高采摘效率，成為了當(dāng)下草莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需解決的問題。

一、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

壟作式草莓采收一體機(jī)根據(jù)我國常見的大棚地壟栽培模式下的草莓的生長特點(diǎn)而設(shè)計。壟作式草莓采收一體機(jī)包括操作裝置、采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)、收集機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、腳踏式杠桿升降裝置及移動承載裝置。

操作裝置由手輪、手柄組成。操作裝置安裝在折疊式扶手上，手輪通過傳動系統(tǒng)控制采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伸出與撤回，手柄則用于控制采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)中柔性夾鉗的開合。

采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)由刀片、柔性夾鉗、復(fù)位彈簧組成。柔性夾鉗用于夾持草莓的果梗，刀片位于夾鉗上方，在果梗被夾持后將其切斷。柔性夾鉗的開合受手柄通過閘線的控制。

收集機(jī)構(gòu)由收集鏟、收集平臺、領(lǐng)口結(jié)構(gòu)、傳送帶、電機(jī)和收集箱組成；收集機(jī)構(gòu)包括收集平臺、領(lǐng)口結(jié)構(gòu)、傳送帶、電機(jī)和收集箱，收集平臺設(shè)置于一次收集機(jī)構(gòu)的垂直下方，收集平臺上設(shè)置有領(lǐng)口結(jié)構(gòu)以使經(jīng)收集鏟收集的草莓從領(lǐng)口結(jié)構(gòu)垂直掉落于傳送帶上，傳送帶由電機(jī)驅(qū)動，在傳送帶上設(shè)置有搬運(yùn)豎板，收集箱位于傳送帶一側(cè)用于接收由傳送帶上掉落的草莓。

傳動系統(tǒng)主要由同步帶傳動組、齒輪齒條傳動組、換向齒輪組構(gòu)成，其中換向齒輪組實(shí)現(xiàn)了采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)與收集鏟的反向運(yùn)動。

腳踏式杠桿升降裝置由杠桿、支座、腳踏板、滑輪和軌道組成。軌道安裝在承載架的底部，滑輪安裝在杠桿短臂端，腳踏板安裝在杠桿長臂端，支座則安裝在運(yùn)動承載機(jī)構(gòu)上，為使承載架運(yùn)行平穩(wěn)，移動過程中不會傾斜，在承載架的側(cè)壁上分別安裝了三組直線光軸模組。

移動承載裝置包括底盤、腳輪、承載架和折疊式扶手，腳輪設(shè)置于底盤底部，承載架設(shè)置于底盤上用于承載采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動系統(tǒng)，底盤用于承載收集機(jī)構(gòu)與承載架。

二、工作原理

開始工作時，啟動傳送帶電動機(jī)使傳送帶運(yùn)行，采摘者觀察發(fā)現(xiàn)成熟草莓后，將機(jī)器推到成熟草莓的臨近位置，順時針旋轉(zhuǎn)手輪，通過傳動系統(tǒng)中同步帶傳動組和齒輪齒條傳動組的動力傳遞，采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)伸出接近草莓的果梗處。此時按下操作裝置上的手柄，抽動另一端安裝在采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)夾鉗活動鉗口的閘線，復(fù)位彈簧壓縮，活動鉗口和固定鉗口分開；當(dāng)果梗位于鉗口內(nèi)側(cè)時，松開手柄，復(fù)位彈簧恢復(fù)形變，活動鉗口在彈性勢能的驅(qū)動下與固定鉗口合并夾住果梗，同時活動鉗口上方的刀片將果梗切斷。此時采摘者逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)夾著草莓向后撤回，收集鏟在經(jīng)過第二同步帶傳動組、換向齒輪和第二齒輪齒條副的傳動后，向前伸出到達(dá)收集平臺的邊緣位置等待；當(dāng)采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)收集平臺上方時，通過如上的按壓-松開手柄動作使鉗口張開，草莓落下，然后順時針旋轉(zhuǎn)手輪使采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)向前伸出繼續(xù)進(jìn)行下一步采摘，收集鏟則反向撤回，將收集平臺上的草莓撥到下方的傳送帶上，進(jìn)而將草莓轉(zhuǎn)移到傳送帶末端下方的收集箱內(nèi)。采收過程中，由安裝在運(yùn)動承載機(jī)構(gòu)上的腳踏式杠桿升降裝置實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在豎直方向上的位姿調(diào)整：當(dāng)杠桿長臂端的踏板被踩下時，安裝在杠桿短臂端的滑輪在承載架的底部軌道里滑動，杠桿短臂桿將承載架向上抬起；松開踏板時，杠桿短臂端對承載架的向上作用力小于承載架自身的重力，承載架向下降落。

三、主要創(chuàng)新點(diǎn)

1.采收一體化：采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)與收集機(jī)構(gòu)通過傳動系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，簡化了操作步驟，提高了采收效率；

2.腳踏式杠桿升降裝置，調(diào)整采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)豎直方向的位姿，擴(kuò)大了采摘范圍，適應(yīng)性更廣；

3.收集機(jī)構(gòu)中的收集平臺，縮短了動作行程，實(shí)現(xiàn)了草莓從采摘階段向收集階段的過渡，進(jìn)一步提高效率；

四、應(yīng)用推廣價值

壟作式草莓采收一體機(jī)，功能完善，操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，綠色環(huán)保，適用于中小型草莓種植基地。其在一定程度上降低了采摘者的勞動強(qiáng)度，延長了單人工作時長，減少了勞動力成本投入，縮短了草莓從種植基地供應(yīng)到消費(fèi)市場的時間，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

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