張衛(wèi)衛(wèi)　潘瑩　王浩銘　鄧沖　任夢(mèng)陽(yáng)

摘要：結(jié)合實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)一款感應(yīng)式控制的電動(dòng)采棗器，用于平地、坡地、山地等多種地域，實(shí)現(xiàn)定位、動(dòng)力振動(dòng)、傘式多果收集的一體化采摘。棗園采摘作業(yè)試驗(yàn)表明：電動(dòng)采棗器的采摘效率大約為徒手采摘的2倍，采摘高枝棗的優(yōu)越性更加明顯。

關(guān)鍵詞：采棗器；感應(yīng)式；設(shè)計(jì)；動(dòng)力振動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2018）01-0029-03

目前，我國(guó)果樹(shù)大多分散栽培，加之種植地域大多為坡地，大型機(jī)械難于開(kāi)展作業(yè)，仍以人工采摘為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)效率低。為此，結(jié)合實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)一款基于自感應(yīng)式控制的電動(dòng)采棗器。電動(dòng)采棗器適用于平地、坡地、山地等多種地域，單人操作，可實(shí)現(xiàn)定位、動(dòng)力振動(dòng)、傘式多果收集的一體化采摘作業(yè)，采收效率高。

1 電動(dòng)采棗器的工作原理

電動(dòng)采棗器主要由動(dòng)力振動(dòng)裝置、可調(diào)節(jié)握桿、傘式收集裝置等組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

將可調(diào)節(jié)握桿調(diào)整到適宜高度，把掛鉤振動(dòng)器掛在果實(shí)集中的樹(shù)枝上，枝干對(duì)光的遮擋驅(qū)使紅外傳感器自行接通電源，電機(jī)帶動(dòng)偏心振動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，掛鉤產(chǎn)生足夠量的振頻和振幅，使棗果脫離枝丫自由墜落，完成棗果采摘。彈性聯(lián)結(jié)器可有效減震，防止可調(diào)節(jié)握桿擺動(dòng)和對(duì)采摘者手部造成傷害。

2 電動(dòng)采棗器的設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)關(guān)裝置

在握桿頂部設(shè)有電源總開(kāi)關(guān)，采摘作業(yè)前打開(kāi)總電源，采果器處于待機(jī)狀態(tài)。選用常開(kāi)的光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其常態(tài)為斷，工作原理如圖2所示。枝干處于圖2所示位置時(shí)，枝干阻斷激光發(fā)射頭與激光接收頭之間光線(xiàn)的傳輸，直流光控開(kāi)關(guān)閉合，電源和負(fù)載形成閉合回路，掛鉤振動(dòng)器通電工作。

2.2 掛鉤振動(dòng)器

掛鉤振動(dòng)器主要由電機(jī)和變速器、控制電路、彈簧、偏心盤(pán)等組成，通過(guò)彈簧連接在可伸縮握桿的頂端，如圖3所示。

當(dāng)枝干進(jìn)入勾狀切割口，光電轉(zhuǎn)化開(kāi)關(guān)閉合，控制電路開(kāi)始工作，接通電源與電機(jī)和變速器，輸出軸帶動(dòng)偏心盤(pán)4以3 000 r/min的速度旋轉(zhuǎn)。由于偏心力的存在，掛鉤產(chǎn)生一定的振頻和振幅。掛鉤振動(dòng)器離開(kāi)枝干后，紅外光線(xiàn)傳播恢復(fù)，光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，控制電路斷開(kāi)電源與電機(jī)的連接，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、枝干、電機(jī)組成一個(gè)閉環(huán)自感應(yīng)控制系統(tǒng)。

2.3 可調(diào)節(jié)握桿

可調(diào)節(jié)握桿包括手柄、調(diào)節(jié)器、握持套和可調(diào)桿，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

可調(diào)桿于調(diào)節(jié)器處分為上下兩截，上半截桿規(guī)格為Φ25 mm×1 mm，下半截桿規(guī)格為Φ27 mm×1 mm。松開(kāi)調(diào)節(jié)器，可調(diào)桿的上半截桿可向下半截桿內(nèi)縮進(jìn)或伸出，在0～2.5 m的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；下半截桿長(zhǎng)3.0 m；整個(gè)采棗器的長(zhǎng)度在3.0 ～5.5 m內(nèi)可調(diào)。人的身高及臂展約2.0 m（按身高1.7 m計(jì)算），故電動(dòng)采棗器的作業(yè)高度范圍約為5.0～7.5 m。目前，棗樹(shù)的樹(shù)冠高度一般為5.0～7.0 m，冠幅5.0 m。所以，電動(dòng)采棗器適合各種樹(shù)冠高度的棗果采摘作業(yè)。

3 采摘作業(yè)試驗(yàn)

為驗(yàn)證電動(dòng)采棗器的使用效果，以徒手采摘為對(duì)照，分別選擇2棵樹(shù)冠高度6.0 m左右、果密程度較為接近的棗樹(shù)，開(kāi)展采摘作業(yè)對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)照組借助于棍棒等工具采摘，高處借助梯子類(lèi)工具。試驗(yàn)時(shí)間為10 min，從樹(shù)冠下方依次向上方采摘。采摘棗果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

通過(guò)表1可以看出：在采摘初期，由于較低樹(shù)冠棗果較多，采摘者體力較為充沛，手工采摘和電動(dòng)采棗器的采摘結(jié)果相差不大；隨著采摘樹(shù)冠高度的增加，徒手采摘需要借助于梯子等輔助工具，輔助準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，加之勞動(dòng)強(qiáng)度不斷增大，采摘能力明顯下降；采果器不僅效率平穩(wěn)，而且自動(dòng)省力的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越占優(yōu)。

4 結(jié)論

電動(dòng)采棗器結(jié)構(gòu)輕巧，操作容易，省力護(hù)果，可實(shí)現(xiàn)高枝棗果的電動(dòng)化采摘，且采摘效率高。動(dòng)力由光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與枝干閉環(huán)控制，省時(shí)省電。動(dòng)力來(lái)源為太陽(yáng)能電池，待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保。果園采摘對(duì)比試驗(yàn)表明，電動(dòng)采棗器的采收效率明顯高于徒手采摘，采摘高枝棗果的優(yōu)越性成為明顯。試驗(yàn)結(jié)果表明，在10 min的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，效率大約是徒手采摘的2倍，隨著采摘過(guò)程的進(jìn)行，電動(dòng)采果器的優(yōu)越性愈加顯現(xiàn)。

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