郭三琴 寧義超 付云鳳 楊俊 李晗昀

摘要：為了解決紅棗采摘難的問(wèn)題，本文針對(duì)矮化密植紅棗的種植模式和生長(zhǎng)特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了可移動(dòng)紅棗收獲機(jī)。旨在解決紅棗采摘人工收獲效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高等問(wèn)題。重點(diǎn)闡述各關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)。

Abstract： In order to solve the problem of difficult jujube picking， we designed a movable jujube harvester for the planting patterns and growth characteristics of dwarf dense planting jujube. The aim is to solve the problems of low efficiency， labor intensity and high cost of artificial harvesting of jujube. This paper focused on the design of each key component.

關(guān)鍵詞：可移動(dòng)紅棗收獲機(jī)；效率；經(jīng)濟(jì)

Key words： movable jujube harvester；efficiency；economy

中圖分類號(hào)：S225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）27-0149-02

0 引言

紅棗在我國(guó)種植廣泛，且近年來(lái)我國(guó)紅棗產(chǎn)量呈持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。而我國(guó)新疆憑借得天獨(dú)厚的自然條件非常適宜栽植品質(zhì)優(yōu)良、產(chǎn)量高的紅棗。新疆紅棗的主要種植模式是矮化密植。但隨著紅棗種植面積不斷增長(zhǎng)，現(xiàn)有的紅棗采收方式相對(duì)落后，每年的收獲季節(jié)都需要大量勞動(dòng)力，且采摘效率低、費(fèi)用高，因此高效的紅棗采摘機(jī)械的研發(fā)極為符合市場(chǎng)需求。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

針對(duì)新疆紅棗矮化密集的種植模式和采收技術(shù)要求，本機(jī)的工作原理是通過(guò)振動(dòng)樹(shù)冠來(lái)進(jìn)行紅棗的采收，主要由機(jī)架、可移動(dòng)式底盤(pán)、激振裝置、集果裝置等組成。該機(jī)機(jī)架與可移動(dòng)式底盤(pán)連接，激振裝置對(duì)稱固裝在可移動(dòng)式底盤(pán)上，集果裝置在可移動(dòng)式底盤(pán)上，如圖1所示。

1.2 工作原理

該機(jī)械由兩個(gè)12v的蓄電池分別供電給兩個(gè)直流減速電動(dòng)機(jī)，由其驅(qū)動(dòng)激振裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行打棗工作。根據(jù)紅棗的生長(zhǎng)高度，工作時(shí)，收獲機(jī)騎跨在棗樹(shù)上行走，激振裝置上的撥桿插入樹(shù)冠，直流減速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的激振裝置沿棗樹(shù)兩側(cè)通過(guò)，直流減速電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與立軸相連，從而使兩個(gè)立軸上的撥桿產(chǎn)生相對(duì)的圓周運(yùn)動(dòng)，擊打樹(shù)枝。紅棗在樹(shù)枝傳遞的激振力作用下產(chǎn)生慣性力，當(dāng)慣性力大于紅棗的果柄拉斷力時(shí)，紅棗掉落在集果裝置上，完成收獲任務(wù)。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 激振裝置

紅棗收獲機(jī)一共有兩個(gè)激振裝置，對(duì)稱固裝在可移動(dòng)式底盤(pán)上，通過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)擊打樹(shù)枝實(shí)現(xiàn)紅棗與樹(shù)枝的分離。激振裝置主要由撥桿滾筒組成，是激振裝置的核心工作部件，是影響分離效果和分離效率的主要因素，也是本作品研究的重點(diǎn)。根據(jù)紅棗的農(nóng)藝要求將兩個(gè)撥桿滾筒豎直安裝在機(jī)架的兩側(cè)，每個(gè)撥桿滾筒上等距離安裝三排圓盤(pán)總成，工作時(shí)，利用三排圓盤(pán)總成同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)作業(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)紅棗與果枝的有效分離。如圖2所示。

2.1.1 撥桿滾筒的設(shè)計(jì)

撥桿滾筒是激振裝置的核心工作部件，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理的撥桿滾筒不僅能更好地實(shí)現(xiàn)紅棗與樹(shù)枝的分離，而且可以在一定程度上降低工作時(shí)對(duì)樹(shù)枝的損傷。撥桿滾筒由圓盤(pán)總成、立軸、軸承等部件通過(guò)組裝式方法組成，并在撥桿滾筒上完成相關(guān)部件的定位和裝配。圓盤(pán)總成則由撥桿和尼龍材料的八邊形盤(pán)組成。每組圓盤(pán)總成之間保證一定的間隙。

撥桿裝置是激振裝置的核心工作部件。工作時(shí)，撥桿裝置以一定的頻率和振幅振動(dòng)，將紅棗振落。

2.1.2 撥桿的設(shè)計(jì)

撥桿的主要作用是擊打樹(shù)枝，使紅棗與樹(shù)枝分離。根據(jù)實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，撥桿在工作過(guò)程中會(huì)與紅棗樹(shù)枝產(chǎn)生摩擦，而不同材料產(chǎn)生的摩擦力以及對(duì)樹(shù)枝的損壞程度都不同。經(jīng)過(guò)多方對(duì)比，我們將撥桿的材料選為尼龍。這種材料的優(yōu)點(diǎn)：力學(xué)性能高、耐熱性高。后期通過(guò)加工工藝，將插入八邊形方盤(pán)的一段撥桿做出螺紋，通過(guò)螺紋連接，將撥桿固定在八邊形方盤(pán)側(cè)面的深20mm的孔中。結(jié)合矮化密植棗樹(shù)的生長(zhǎng)情況，要使撥桿能將紅棗振落，撥桿所產(chǎn)生的的慣性力必須大于紅棗的果柄拉斷力，同時(shí)還要小于紅棗的破裂力。

工作時(shí)，兩個(gè)撥桿滾筒是騎跨在一行棗樹(shù)上對(duì)其進(jìn)行采收。根據(jù)棗園調(diào)研，最后確定的撥桿長(zhǎng)度選為170mm，直徑是10mm。如圖3所示。

2.1.3 撥桿的排列

撥桿的作用是跟隨圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)擊打樹(shù)枝，使紅棗與樹(shù)枝分離，并且能保證紅棗順利落下進(jìn)行收集，在要求在保證分離效果的同時(shí)，盡可能減少對(duì)紅棗和樹(shù)枝造成機(jī)械損傷。對(duì)駿棗和灰棗的果實(shí)尺寸進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明，駿棗果實(shí)的縱向直徑為：35-41mm，縱向直徑為：25-29mm；灰棗果實(shí)的縱向直徑為：30-36mm，縱向直徑為：20-27mm。從而確定任意兩撥桿之間的距離都不小于41mm，且為保證撥桿在棗樹(shù)間的通過(guò)性，撥桿采用圓柱輻射狀排列方式。在綜合分析撥桿在棗樹(shù)間的通過(guò)性和分布的前提下，確定每個(gè)八邊形方盤(pán)上有四根撥桿?？字械?0mm，立軸的長(zhǎng)為750mm，直徑為30mm，所以八邊形盤(pán)的長(zhǎng)為120mm，厚度為10mm。如圖4所示。

2.1.4 相鄰圓盤(pán)總成間隙的確兩定

考慮到圓盤(pán)總成在樹(shù)枝之間的通過(guò)性以及上下兩層樹(shù)枝的距離，通過(guò)棗園調(diào)研，最終確定兩圓盤(pán)總成之間的距離為100mm，共有6個(gè)圓盤(pán)總成。圓盤(pán)總成即由6個(gè)八邊形盤(pán)和24根撥桿組成。每個(gè)撥桿滾筒上有3個(gè)八邊形的方形盤(pán)和12根撥桿。

2.1.5 立軸的設(shè)計(jì)

立軸是圓盤(pán)總成的載體，工作時(shí)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此要保證有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。立軸的兩端精加工后與軸承進(jìn)行配合，通過(guò)軸承座固定在機(jī)架上。本次作品立軸選用長(zhǎng)750mm，直徑為30mm的實(shí)心圓管。安裝時(shí)，將八邊形盤(pán)與立軸通過(guò)緊定螺釘，使圓盤(pán)總成固定在立軸上，防止其上下竄動(dòng)。

2.2 電機(jī)的分析

根據(jù)打棗實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況分析得到，直流減速電動(dòng)機(jī)選用的參數(shù)為電壓：120V；功率：90型200W；轉(zhuǎn)速：120r/min。由12V的蓄電池供電給直流減速電動(dòng)機(jī)，由直流減速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)激振裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行打棗工作。

2.3 參數(shù)、工況和性能分析

2.3.1 工藝參數(shù)

可移動(dòng)式紅棗收獲機(jī)相關(guān)工藝參數(shù)，整機(jī)尺寸：105×85×140mm；電源：12V。

2.3.2 工況分析

本作品適用于矮化密植的紅棗樹(shù)的采摘，主要由機(jī)架、可移動(dòng)式底盤(pán)、激振裝置、集果裝置等組成，共同實(shí)現(xiàn)紅棗的采摘與收獲。

2.3.3 性能分析

通過(guò)對(duì)本作品進(jìn)行理論分析，實(shí)驗(yàn)操作運(yùn)行，本作品設(shè)計(jì)合理，能達(dá)到預(yù)期的采摘功能。

3 結(jié)語(yǔ)

①可移動(dòng)紅棗收獲機(jī)的應(yīng)用可以充分利用機(jī)械低成本、高效率的優(yōu)勢(shì)，改變了原本高成本、低效率的人工采收模式。②可移動(dòng)紅棗收獲機(jī)代替了以往的人工采摘作業(yè)，解放了生產(chǎn)力，改善了工人的作業(yè)環(huán)境。為大規(guī)模紅棗種植戶的采摘提供了便利。③可移動(dòng)紅棗收獲機(jī)采用的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不復(fù)雜，理論上達(dá)到了采摘要求及其它相應(yīng)工作條件。理論上收獲機(jī)有較高的利用價(jià)值。

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