趙強(qiáng) 趙輝 于嘉琦 盛宇航 唐娟 萬(wàn)騰

摘 要：針對(duì)當(dāng)前我國(guó)水果采摘環(huán)節(jié)機(jī)械化程度低的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了新型電動(dòng)機(jī)械式水果采摘機(jī)。該采摘機(jī)主要由集果箱、絲杠電機(jī)、支撐桿、操控面板、切削刀片、附屬結(jié)構(gòu)、連接手柄等部件構(gòu)成。采摘時(shí)，通過(guò)操控面板調(diào)節(jié)裝置的高度，并啟動(dòng)微型電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)動(dòng)，使刀片快速旋轉(zhuǎn)切斷果柄，完成采摘。該采摘機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，對(duì)外界環(huán)境干擾小，具有較強(qiáng)的通用性和可操作性，適用于大部分果園采摘，極大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高采摘效率。

關(guān)鍵詞：水果采摘；機(jī)械；電氣；可調(diào)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.003

基金項(xiàng)目：吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201810206012）新型電動(dòng)機(jī)械式水果采摘機(jī)的設(shè)計(jì)

作者簡(jiǎn)介：趙強(qiáng)（1989-），男，吉林白城人，碩士研究生，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造，E-mail：376166346@qq.com。

通訊作者：萬(wàn)騰（1986-），男，吉林洮南人，工學(xué)碩士，講師，研究方向：機(jī)電控制，E-mail：415980289@qq.com。

0 引言

我國(guó)不僅是水果生產(chǎn)大國(guó)，同時(shí)也是第一消費(fèi)國(guó)。國(guó)民對(duì)水果旺盛的需求為果園種植業(yè)創(chuàng)造了巨大的市場(chǎng)，進(jìn)而提高了果園機(jī)械市場(chǎng)的需求，在整個(gè)生產(chǎn)中，采摘果實(shí)所耗費(fèi)的勞動(dòng)力占據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的一半以上。采摘作業(yè)季節(jié)性相對(duì)強(qiáng)，傳統(tǒng)人工采摘的方式不僅易造成果實(shí)損傷，同時(shí)，采摘不及時(shí)也會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失。由于農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向其他行業(yè)轉(zhuǎn)移，人員缺乏，隨著老齡化的增長(zhǎng)，生產(chǎn)成本不斷提高，降低了人們的種植積極性，果園種植業(yè)的發(fā)展受到了制約。為了節(jié)約人力物力，提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)展采摘器械的研究有重要意義。

1 現(xiàn)狀及意義

我國(guó)果園主要是分散栽培、分戶(hù)管理的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)型的種植方式，生產(chǎn)規(guī)模小，農(nóng)民的技術(shù)素質(zhì)偏低，大型機(jī)械式采摘器在此種種植形式下難以適用，果實(shí)采摘需要高效、通用、簡(jiǎn)易、低成本的采摘技術(shù)，機(jī)械輔助半自動(dòng)采摘機(jī)成為了目前采摘器的研究方向。

基于目前水果采摘現(xiàn)狀研究設(shè)計(jì)并制作出此產(chǎn)品。此新型電動(dòng)機(jī)械式水果采摘機(jī)旨在對(duì)外界環(huán)境干擾小、工作可靠方便、通用性強(qiáng)，適用于大多數(shù)果園中的水果采摘。在保證制作成本低的情況下，能夠提高采摘效率，又不傷及水果本身，因此具有實(shí)際意義。

2 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 總體結(jié)構(gòu)

電動(dòng)機(jī)械式水果采摘機(jī)總體結(jié)構(gòu)采用機(jī)械輔助半自動(dòng)采摘的形式，手持伸縮桿啟動(dòng)直流電機(jī)，帶動(dòng)四角切割刀片快速運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷果柄，使水果落入集裝箱，導(dǎo)軌電機(jī)上下移動(dòng)可加大集裝箱的采集空間，以便收納更多的水果。同時(shí)，備有特殊水果采摘的附屬機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)簡(jiǎn)單的拆裝即可保證不同水果采摘的適用性。

圖1 總體設(shè)計(jì)路線(xiàn)

2.2 工作原理

下面就該機(jī)械如何實(shí)現(xiàn)水果的采摘以及收集予以說(shuō)明。

（1）切削結(jié)構(gòu)。工具為帶有切削刃的四角刀片，方形框內(nèi)固定有直流電機(jī)，直流電機(jī)帶動(dòng)四角刀片旋轉(zhuǎn)完成對(duì)果柄的切削動(dòng)作。框架可以在電機(jī)橫梁上水平移動(dòng)，以適應(yīng)不同大小水果的切削任務(wù)。

（2）集果箱結(jié)構(gòu)。當(dāng)切掉果柄的水果落入到集果箱達(dá)到一定數(shù)量以后，需要更多的空間來(lái)容納所采摘的水果。絲杠電機(jī)上面帶有定位滑臺(tái)，隨著絲杠電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)隨之上下移動(dòng)，下端的方形集果箱固定在滑臺(tái)上，上端的方形集果箱利用螺栓聯(lián)結(jié)固定在黃色絲杠電機(jī)支架上，也就是說(shuō)，集果箱的體積大小變化是通過(guò)兩個(gè)方形箱的相對(duì)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且滑臺(tái)上下移動(dòng)的距離可以通過(guò)程序來(lái)控制。

（3）集果箱可以隨著支撐桿與豎直方向的角度變化而偏移，實(shí)現(xiàn)方式是聯(lián)結(jié)軸，其中絲杠電機(jī)支架上面有圓孔，圓孔內(nèi)有軸承，軸承通過(guò)兩個(gè)墊片進(jìn)行限位，此設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)集果箱整體在豎直平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)水果的直線(xiàn)下落。

（4）當(dāng)角度過(guò)大的時(shí)候刀片與集果箱會(huì)偏離較大角度，導(dǎo)致水果不能完全落入集果箱，甚至直接落在地面上而損傷水果，故在絲杠電機(jī)支架上安裝了兩個(gè)限位塊，限位塊與豎直方向夾角為30°，經(jīng)過(guò)測(cè)試檢驗(yàn)比較合理。

3 主要部件設(shè)計(jì)

3.1 附屬采摘機(jī)構(gòu)

針對(duì)個(gè)別水果采摘方式（比如草莓），該附屬結(jié)構(gòu)，開(kāi)口尖端處具有切削刃，可以完成切削，開(kāi)口逐漸縮小是為了聚攏水果果柄，完成采摘過(guò)程。特別說(shuō)明的是，由于此機(jī)構(gòu)專(zhuān)為特殊水果而設(shè)計(jì)，故而當(dāng)用到此機(jī)構(gòu)時(shí)，需要拆卸集果箱等結(jié)構(gòu)，以達(dá)到輕便的目的。

3.2 電氣部分設(shè)計(jì)

加長(zhǎng)桿的頂端裝有一個(gè)水果籃，在水果籃的一側(cè)安裝一個(gè)永磁無(wú)刷電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)切割刀片快速旋轉(zhuǎn)。切刀切斷果柄，果實(shí)落在框架內(nèi)，切刀自動(dòng)返回，完成采摘操作；當(dāng)切割刀片切割時(shí)，如果手柄在一個(gè)切割操作中很難切斷果柄，電機(jī)將反向驅(qū)動(dòng)切割刀片回到它的初始位置，然后再次切割，直到水果的果柄被切斷。這是一個(gè)完整的切割過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

該產(chǎn)品將機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子控制巧妙地結(jié)合了起來(lái)，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)控制的采摘功能。通過(guò)試驗(yàn)表明：該采摘器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高，有較強(qiáng)的通用性和可操作性，適用于大部分果園采摘，能降低勞動(dòng)強(qiáng)度， 提高采摘效率，有良好的市場(chǎng)前景。

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