雒曉兵 馬淑霞 許可芳 陳江明

摘? 要：筆者根據(jù)靖遠(yuǎn)縣枸杞果實(shí)不同階段熟果的特征，設(shè)計(jì)出了一種可更換采摘刀片的便攜式枸杞采摘機(jī)。采摘機(jī)主要由蓄電池、電動(dòng)機(jī)、齒輪箱、硅膠輥輪和集果盒等部分組成，利用硅膠輥輪相向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)硅膠刀片間的間隙完成枸杞的采摘。研究表明：采摘頭茬枸杞時(shí)采摘頭選擇較長(zhǎng)的軟毛刷的輥輪，最大限度的降低枸杞的損傷率，提高經(jīng)濟(jì)效益;采摘二茬以后的枸杞時(shí)選擇柔軟的硅膠輥輪，能降低枸杞的損傷率同時(shí)提高采摘機(jī)的使用壽命;采摘枸杞與果柄的結(jié)合力大的枸杞時(shí)，選擇軟橡膠制成的輥輪可提高采摘效率。這種枸杞采摘機(jī)不僅可以提高采摘效率，而且還能夠降低枸杞的破損率。

關(guān)鍵詞：枸杞? 采摘技術(shù)? 輥輪? 采摘機(jī)

中圖分類號(hào)：S225. 93? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（c）-0055-03

Abstract： In this paper， the characteristics of different stages of fruit ripening of Chinese wolfberry in Jingyuan County were studied， and a portable picking machine with replaceable picking blades was designed. The picking machine consists of a battery， a motor， a gear box， a roller with soft silica and a fruit collecting box.It can pick Chinese wolfberry by the clearance between the Silica Gel Blade when the Silica Gel roller rotates in the opposite direction. The results show that the roller with longer soft bristles can reduce the damage rate of Chinese wolfberry and increase the economic benefit; and the roller with Soft Silica can be used to pick chinese wolfberry after the second harvest， to reduce the damage rate of Chinese wolfberry and improve the service life of picking machine; picking Chinese wolfberry which has strong binding force with fruit handle， the selection of soft rubber made of roller is selected to improve the picking efficiency. The picking machine can not only improve the picking efficiency， but also reduce the damage rate of Chinese wolfberry.

Key Words： Chinese wolfberry; Picking technology; Roller; Picking machine

枸杞果實(shí)為漿果、果皮薄、含水量大，在采摘過(guò)程中很容易損傷，因此枸杞采摘一直以來(lái)主要以人力為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大，用工量多，采摘成本非常高。隨著國(guó)際市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)枸杞需求的日益增長(zhǎng)，在我國(guó)青海、甘肅、寧夏、新疆等地區(qū)，種植面積大幅擴(kuò)大，枸杞產(chǎn)量不斷上升。甘肅枸杞主要集中在白銀、酒泉、武威、金昌、張掖5市，其中白銀靖遠(yuǎn)縣、酒泉瓜州縣、武威三個(gè)地方種植面積占全省90%以上[1-2]。2019年甘肅靖遠(yuǎn)縣枸杞的種植面積約為27.2萬(wàn)畝，產(chǎn)量也達(dá)到了5.69萬(wàn)t，枸杞鮮果約28450萬(wàn)kg。人工采摘枸杞的效率僅為3～5kg/h，人工費(fèi)用高達(dá)3元/kg，約占生產(chǎn)成本的50%以上，枸杞一年的盛果期按6茬計(jì)算，每茬周期7d，一畝枸杞1d摘完需要15個(gè)人，每年至少需要10.8萬(wàn)枸杞采摘?jiǎng)趧?wù)工。這里面的采摘工包括農(nóng)戶自己家庭的成員，同時(shí)要求所有采摘工連續(xù)工作兩個(gè)月，考慮諸多因素枸杞采摘人員的需求量將達(dá)到15萬(wàn)人。隨著枸杞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用工規(guī)模還將進(jìn)一步擴(kuò)大，今后枸杞采摘工緊缺、采摘費(fèi)用高成為制約靖遠(yuǎn)枸杞產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素[3]。

21世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)就對(duì)枸杞采摘機(jī)械進(jìn)行了研究。目前，枸杞采摘機(jī)有自走式和便攜式兩種，自走式枸杞采摘機(jī)具能夠進(jìn)行連續(xù)采摘作業(yè)的能力，由于枸杞樹枝條重疊，交錯(cuò)復(fù)雜，不易采用大型采摘機(jī)作業(yè)。我國(guó)研制的便攜式枸杞采摘機(jī)，主要有振動(dòng)式、梳刷式、剪切式和氣流式幾種類型。振動(dòng)式枸杞采摘機(jī)采摘時(shí)因枸杞枝條受到持續(xù)激振力的作用，很容易造成對(duì)掛果枝條的傷害，影響果樹生長(zhǎng)，采摘操作繁瑣、采摘效率低、果實(shí)損傷率大等缺點(diǎn)。梳刷式枸杞采摘機(jī)不能使成熟枸杞完全脫落，采凈率較低，在采摘過(guò)程中需要人工輔助，采摘效率不高。剪切式枸杞采摘機(jī)采摘時(shí)需人工輔助操作，采摘效率低，很容易將成熟枸杞剪破，而且采摘時(shí)將未成熟枸杞、花朵、葉片、枝條莖稈剪切下來(lái)或割傷，影響枸杞后續(xù)生長(zhǎng)和總產(chǎn)量。氣流式枸杞采摘機(jī)在工作時(shí)需要消耗的能量較大，噪音較大，且氣流的大小和速度不好控制，難以持續(xù)提供穩(wěn)定的使成熟枸杞脫落的氣壓。以上這幾種枸杞采摘機(jī)采摘效果均不理想，主要存在采摘效率低、果實(shí)損傷率大和成本較高的問(wèn)題。目前市面上枸杞采摘機(jī)的采摘效果均不理想，傳統(tǒng)種植的枸杞樹，因枸杞長(zhǎng)勢(shì)無(wú)規(guī)律，不適合大型機(jī)械采摘，設(shè)計(jì)一種采摘效果好、損傷率低的便攜式采摘機(jī)很有必要[4-7]。

1? 枸杞采摘機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求

設(shè)計(jì)枸杞采摘機(jī)時(shí)可根據(jù)不同的工作環(huán)境、不同成熟度、不同果型和不同結(jié)合力的果實(shí)，靈活改變采摘裝置，同時(shí)考慮枸杞的生長(zhǎng)特性及枸杞在枝條上的分布情況，提高采摘機(jī)的采凈率。靖遠(yuǎn)縣枸杞每年的第一茬枸杞縱徑可達(dá)20mm，二茬以后枸杞縱徑也在18mm左右，枸杞與果柄結(jié)合力的大小會(huì)隨環(huán)境中的各種因素變化而變化，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)選擇合適的采摘機(jī)械與采摘原理，提高成熟枸杞鮮果的采收效率和質(zhì)量。在采摘成熟枸杞的同時(shí)，應(yīng)該減少因碰撞和擠壓使果實(shí)破裂流出果汁，否則果實(shí)曬干后就會(huì)發(fā)黑，造成枸杞干果品質(zhì)下降，造成經(jīng)濟(jì)損失，還應(yīng)減少采摘機(jī)在工作時(shí)對(duì)未成熟枸杞、花朵、葉片、枝條帶來(lái)一定程度的損傷。對(duì)枸杞的成熟果實(shí)、青果、花蕾與果柄的結(jié)合力進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，枸杞果實(shí)成熟時(shí)，枸杞與果柄之間的結(jié)合力呈遞減趨勢(shì)，果實(shí)成熟度越高結(jié)合力越弱，青果的結(jié)合力在3N左右，而八成熟的果實(shí)結(jié)合力在0.6～1N之間。在采摘周期末期，果實(shí)的結(jié)合力也變?nèi)?，熟果的結(jié)合力在0.5N左右。為了降低采摘刀片對(duì)枸杞的損傷，提高采摘質(zhì)量，可選用硅膠材料制作刀片，其硬度在30-90邵氏硬度，硅膠硬度隨著溫度的變化不明顯，且使用壽命較長(zhǎng)，可使采摘機(jī)的的性能更加穩(wěn)定。

2? 枸杞采摘機(jī)設(shè)計(jì)

2.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

枸杞采摘機(jī)的動(dòng)力由鉛酸電池提供，在采摘時(shí)可將鉛酸電池置于背包中背到背上，手柄內(nèi)的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩硅膠輥輪作相向運(yùn)動(dòng)，利用硅膠刀片之間的間隙完成枸杞果實(shí)的采摘，摘下的枸杞果實(shí)掉落在集果盒里，鮮果裝滿時(shí)即可打開集果盒端部倉(cāng)門倒出枸杞鮮果，繼續(xù)采摘，其整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 集果盒設(shè)計(jì)

集果盒起著支撐固定采摘輥輪、儲(chǔ)存果實(shí)的作用。集果盒整體為圓柱形，上面的擋板可拆卸，圓柱形的一端設(shè)置活動(dòng)倉(cāng)門，方便倒出收集到的果實(shí)，另一端安裝手柄，手柄內(nèi)安裝電動(dòng)機(jī)。

2.3 采摘輥輪設(shè)計(jì)

根據(jù)不同成熟度的枸杞鮮果，設(shè)計(jì)了三種不同材質(zhì)的采摘輥輪，可根據(jù)不同的工作環(huán)境、不同成熟度、 不同果型和不同結(jié)合力的果實(shí)靈活選擇。兩個(gè)硅膠輥輪上有整齊分布的的硅膠刀片，通過(guò)硅膠刀片之間的間隙完成鮮果的采摘。采摘輥輪可以設(shè)計(jì)為硅膠片制成采摘刀片的硅膠輥輪、柔軟的棕毛制成的毛刷輥輪和細(xì)橡膠棒制成的橡膠輥輪，可根據(jù)枸杞鮮果的不同類型更換輥輪刀片，硅膠輥輪和橡膠輥輪如圖2所示。

2.4 蓄電池與電動(dòng)機(jī)的選擇

這里選用鉛酸蓄電池給電動(dòng)機(jī)供電，它的容量為：+12 V、15Ah。它的外形尺寸：長(zhǎng)為 151mm、寬為 64mm、高為 99mm、重量約為 2.6kg。這種蓄電池質(zhì)量輕、便于攜帶、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低。電動(dòng)機(jī)選擇12V直流無(wú)刷減速電機(jī)，結(jié)構(gòu)緊揍、體積小、壽命長(zhǎng)、效率高、噪聲低、維修方便。按蓄電池容量的70%計(jì)算，根據(jù)蓄電池容量（Ah）和直流電機(jī)電流（A），計(jì)算實(shí)際的工作時(shí)間約為12h，這樣可以保證1個(gè)工作日電量。

3? 試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求試制了枸杞采摘樣機(jī)，在甘肅靖遠(yuǎn)枸杞試驗(yàn)田進(jìn)行了驗(yàn)證性試驗(yàn)。從試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，枸杞采摘機(jī)采摘的速度是人工采摘的1.5倍，枸杞的破損率不到5%，此次試驗(yàn)驗(yàn)證了枸杞采摘機(jī)設(shè)計(jì)方案是可行的，枸杞的損傷率也能達(dá)到要求，從采摘效率來(lái)看，還需要對(duì)硅膠輥輪和硅膠刀片等重要部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這次試驗(yàn)為最終的樣機(jī)試制提供了重要的數(shù)據(jù)。

4? 結(jié)語(yǔ)

便攜式枸杞采摘機(jī)利用輥輪采摘裝置，根據(jù)枸杞熟果的不同類型選用毛刷輥輪、硅膠輥輪和橡膠輥輪制成的三種采摘刀片，利用采摘刀片之間的間隙完成枸杞果實(shí)的采摘。本枸杞采摘機(jī)攜帶方便，成本低，體積小，重量輕，收集簡(jiǎn)單，方便靈活，果實(shí)損傷率低，提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)

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