黃俊華 劉富成 西北農(nóng)林科技大學(xué)

引言

我國是世界上人口最多的國家，每年我國的水果產(chǎn)量與消費(fèi)穩(wěn)居世界前列，水果種植業(yè)的繁榮發(fā)展大大刺激了果園采摘機(jī)械的市場需求，而在我國的水果種植業(yè)中，蘋果占有極其重要的地位，水果采摘作業(yè)所用勞動力占整個生產(chǎn)過程所用勞動力的33%～50%，研究蘋果采摘裝置，對提高蘋果果實(shí)采摘的機(jī)械化、自動化水平具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 采摘裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前常見的蘋果采摘設(shè)備多為伸縮桿式，采摘末端執(zhí)行器有抓取式、切割式、負(fù)壓吸取式等，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，抓取式的采摘裝置比較難定位，要收獲位于果樹較高位置的蘋果較為困難，且抓取式的裝置不容易保留果柄；切割式的采摘裝置可保留蘋果果柄，但也容易誤傷蘋果，在采摘時可能損壞蘋果表皮；負(fù)壓吸取式的采摘裝置要求附加空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生大吸力吸取蘋果，成本較高且設(shè)備笨重。

本文研究設(shè)計(jì)的一種電動蘋果采摘裝置包括四部分：電動伸縮桿、蘋果采摘刀頭、電控系統(tǒng)和蘋果下落緩沖通道，如圖1 所示，為該電動蘋果采摘裝置的結(jié)構(gòu)圖，圖2 所示為該采摘裝置的實(shí)物圖。

圖2 電動蘋果采摘裝置實(shí)物圖

蘋果采摘刀頭包括直流電機(jī)、上蓋板、下蓋板和刀片。刀片位于上蓋板與下蓋板之間，上、下蓋板的外形是“V”字型，既有利于將蘋果的果柄引入刀片切割位置，又有利于使用者操作該采摘裝置時對果樹上蘋果的定位；刀片套接在直流電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動時，帶動刀片隨之轉(zhuǎn)動，從而完成割斷果柄；通過位于伸縮桿上的開關(guān)可以控制電機(jī)的啟停。采用旋轉(zhuǎn)切割的方式，可以保留蘋果的果柄，有利于蘋果的長期貯存。蘋果采摘刀頭的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 蘋果采摘刀頭

電動伸縮桿由鉸接裝置、內(nèi)套桿、外套桿、牽引鋼絲、牽引電機(jī)組成。鉸接裝置上聯(lián)接蘋果采摘刀頭，其下端固定在內(nèi)套管的上端；內(nèi)套管內(nèi)套于外套管；牽引鋼絲固定于內(nèi)套管的底端，從外套管的頂端引出，引出端與牽引電機(jī)軸相連；牽引電機(jī)固定在外套管中段，當(dāng)牽引電機(jī)轉(zhuǎn)動時，通過牽引鋼絲帶動內(nèi)套管在外套管內(nèi)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)伸縮桿的伸縮運(yùn)動。這種通過電機(jī)轉(zhuǎn)動牽引鋼絲，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)套管的直線運(yùn)動的方式，解決了目前一些蘋果采摘桿需要人為調(diào)節(jié)桿長的問題。

蘋果下落緩沖通道包括網(wǎng)袋、布筒和緩沖阻擋布條，網(wǎng)袋上端與采摘刀頭的下部相連，下端與布筒相連，布筒內(nèi)接有許多相互成不同角度緩沖阻擋布條，這些布條屬于柔性材料，不會對蘋果造成硬損傷。網(wǎng)袋類似于漁網(wǎng)，網(wǎng)袋許多空洞的結(jié)構(gòu)有利于果農(nóng)采摘蘋果時清楚地觀察蘋果的位置，避免被布筒阻礙視野。緩沖阻擋布條可以在蘋果果柄被刀片割斷，蘋果下落時起到緩沖的作用，因?yàn)樘O果在布筒內(nèi)會撞到布條，被阻擋后的蘋果速度出現(xiàn)顯著下降，布筒內(nèi)相互成不同角度的多層緩沖阻擋布條能有效地減緩蘋果下落速度，起到保護(hù)蘋果的作用。

另外，蘋果下落緩沖通道可以很方便地加長，在蘋果下落緩沖通道的出口接一個果實(shí)收集箱便可以實(shí)現(xiàn)蘋果的連續(xù)采摘作業(yè)，避免了摘一個蘋果收一個蘋果的麻煩。

2 工作過程

在實(shí)際使用時，果農(nóng)可以通過操作控制牽引電機(jī)調(diào)節(jié)電動伸縮桿的伸縮，使蘋果采摘刀頭接近蘋果果柄處，透過網(wǎng)袋進(jìn)一步確認(rèn)蘋果的具體位置，通過采摘刀頭上蓋板與下蓋板形成的“V”型引導(dǎo)槽將蘋果果柄引入刀片切割位置，按下切割電機(jī)驅(qū)動開關(guān)，驅(qū)動直流電機(jī)使切割刀片快速轉(zhuǎn)動，將蘋果果柄割斷，蘋果落入蘋果下落緩沖通道，順著柔性緩沖通道逐級減速，平穩(wěn)無損地進(jìn)入到蘋果收集裝置，最終完成蘋果的采摘。

3 結(jié)束語

本文研究設(shè)計(jì)了一種電動蘋果采摘裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便、操作省力，通過電動控制的方式實(shí)現(xiàn)了桿的伸縮與蘋果的采摘，降低了果農(nóng)的勞動強(qiáng)度，在一定程度上提高了蘋果采摘的效率。我國近年來大力支持農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，我國也是歷史悠久的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。