梁賽博 楊林 卜世超 張?jiān)娦?施洋 王灝然 朱炳坤 西安石油大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院

一、引言

在實(shí)際生活中和有目的的調(diào)研活動(dòng)后，我們都能感受到農(nóng)業(yè)用具的機(jī)械化使得農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益和效率都有著顯著的提升，比如在生產(chǎn)過程中，把北斗定位和大型種植機(jī)械結(jié)合之后，一個(gè)勞動(dòng)力就能完成上千畝地的棉花種植和收割，效率是傳統(tǒng)種植模式的百倍。同時(shí)在一些郊區(qū)的農(nóng)業(yè)旅游地區(qū)，還能感受到人們沉浸在使用農(nóng)業(yè)機(jī)械裝置采摘的樂趣之中。但是市場上的一些現(xiàn)有的機(jī)械裝置存在著許多不足：

一是含有自主行動(dòng)功能的技術(shù)含量極高的類型，價(jià)格昂貴不適合丘陵地帶小型果園；

二是基本屬于純機(jī)械式的，采摘器過于簡單，而且效率低下。因此，設(shè)計(jì)新型的水果采摘器是必然的發(fā)展趨勢。我們專攻農(nóng)業(yè)水果采摘市場，既為果農(nóng)提高了水果采摘效率，又使果農(nóng)能夠更加節(jié)省體力，以較小的勞動(dòng)力換取最大化的價(jià)值；同時(shí)，又能憑借產(chǎn)品特色在不影響銷售的情況下取得利潤。

二、水果采摘國內(nèi)外發(fā)展

（一）國外發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)40年達(dá)初期，以英國、美國、德國等國家為代表的西方國家就對水果采摘機(jī)械進(jìn)行了研究并有所成果。20世紀(jì)四十年代末，美國設(shè)計(jì)制造出震動(dòng)搖擺式機(jī)械，可以用來采摘胡桃、李子、杏等水果。哦，20世紀(jì)40年代中到 60年代末。水果采摘的研究都是圍繞著震動(dòng)搖擺式機(jī)械而發(fā)展。直到到了20世紀(jì)60年代末，人們發(fā)現(xiàn)這種機(jī)械并不適合采收要求完好率高的鮮食水果和儲(chǔ)存水果。70年代就出現(xiàn)了各種依靠機(jī)械光學(xué)相結(jié)合的采摘機(jī)械。如氣動(dòng)剪、油鋸等機(jī)械。

日本的果園種植地形類似于我國南方地形，許多在平地上使用的果園機(jī)械在丘陵地形上并不適用。因此日本在20世紀(jì)90 年代初開始研究陡坡地果園的機(jī)械化。該采摘車的輪距寬，重心低，故爬坡能力強(qiáng)；采用就地車輪正反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，故回轉(zhuǎn)能力好；采用樞軸懸掛機(jī)構(gòu)，因而使機(jī)體擺動(dòng)小、行走穩(wěn)定，適合在坡度15～30°的地區(qū)使用。

（二）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國水果采摘器機(jī)械研究開始于20世紀(jì)70年代。先后研制出與手扶拖拉機(jī)配套的機(jī)械振動(dòng)式山楂采摘器、手持電動(dòng)開果器和氣囊式采摘器。其中一部分采摘機(jī)械為人工作業(yè)的輔助機(jī)器。所以說此種機(jī)器能更好的保護(hù)果實(shí)不受到損傷。但其工作效率并未有顯著提升。八十年代后，開始進(jìn)行了研究和制造切割型的采摘器，果園采摘也從傳統(tǒng)的人工使用剪刀采摘發(fā)展到利用現(xiàn)代機(jī)械裝置進(jìn)行水果采摘。而到九十年代后，水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，中小型種植戶帶動(dòng)了簡易采摘器的發(fā)展，期間出現(xiàn)了許多的農(nóng)機(jī)類發(fā)明。直到目前為止。我國的智能化。采摘機(jī)械還處于較早起步階段，各大高校和科研所都在投入大量的人力，進(jìn)行智能化采摘機(jī)械的研究和制造。

三、便捷式掛果采摘器介紹

（一）采摘部分

采摘部分由硬質(zhì)材料構(gòu)成，并且采用了動(dòng)力切割式，動(dòng)力啟停由紅外傳感器控制，傳感器與果柄形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，自動(dòng)切割自動(dòng)停止。

（二）傳輸部分

采用軟管材料，保證果品的質(zhì)量。

（三）收集部分

采用人工背持式收集裝置，其內(nèi)設(shè)計(jì)了軟性材料制成的雙螺旋式管道，不但能有效減輕水果掉落時(shí)的損傷還可以充分利用空間。

（四）分類部分

采用螺旋軌道，內(nèi)壁開有5個(gè)級別的尺寸大小不同的孔，由小到大排列，可將單果按尺寸大小進(jìn)行分離。

（五）設(shè)備正確操作流程

開始工作前檢查刀片是否完整且結(jié)實(shí)固定，檢查結(jié)束后打開總開關(guān)。所有設(shè)備會(huì)按照設(shè)定程序，依次開始進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)樹枝擋住發(fā)光裝置時(shí)，感光部分就會(huì)通過內(nèi)在聯(lián)系運(yùn)行電機(jī)部分，電機(jī)啟動(dòng)之后會(huì)帶動(dòng)刀頭轉(zhuǎn)動(dòng)，刀頭會(huì)自動(dòng)切割樹枝。

全程只需將樹枝放入感應(yīng)位置，此后系列動(dòng)作或按照程序完成，全過程較為簡單實(shí)用，適合所有人使用。

在使用過程中，將果柄放入采摘器的光感應(yīng)部分，機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，所采摘的水果會(huì)進(jìn)入人工背持式收集裝置，其內(nèi)設(shè)計(jì)了軟性材料制成的雙螺旋式管道，能有效減輕水果掉落時(shí)的損傷，最后水果進(jìn)入采用螺旋軌道，內(nèi)壁開有5個(gè)級別的尺寸大小不同的孔，由小到大排列，可將單果按尺寸大小進(jìn)行分離的分類部分。全程方便迅速且不會(huì)對水果進(jìn)行多次傷害，提高可操作性和經(jīng)濟(jì)效益。

四、存在問題

（一）全套設(shè)備過重

因?yàn)榇怂烧饔胁烧糠?、傳輸部分、分類部分、收集部分等多個(gè)部分。在設(shè)計(jì)和制造時(shí)是分工合作的方式，雖然是各個(gè)部分的重量控制的比較合理，但到完全組裝后，四個(gè)部分的重量被一個(gè)人承擔(dān)，重量還是有所超出。

（二）刀片和光感應(yīng)部分為定制材料，后期維修更換困難

該采摘器與其他的采摘器相比，關(guān)鍵是起感應(yīng)作用的管線感應(yīng)器。由于材料比較特殊，并且配套服務(wù)在現(xiàn)有的配件市場并不完備，這使得機(jī)械在日常維護(hù)方面存在一定的難度。由于在采摘的過程中，采摘環(huán)境可能會(huì)存在暴曬、陰雨和其他極端的天氣，再加上對其采摘工具的使用不熟練等因素，這無疑會(huì)提高采摘工具貼別是切割刀頭的損傷，進(jìn)而在采摘器日常維護(hù)和出現(xiàn)問題后的專業(yè)維修上提升了難度。

（三）因?yàn)槭菣C(jī)械裝備，操作存在不安全因素

因?yàn)樵O(shè)備有刀頭切割部分，所以設(shè)備的不合理運(yùn)用或者被沒經(jīng)過培訓(xùn)的人使用，刀頭可能會(huì)割傷人體或者其他生物。

五、解決方法

（一）合理的減重設(shè)計(jì)

進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程，結(jié)合實(shí)際對各部分進(jìn)行減重化設(shè)計(jì)，比如對不重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行打孔打磨等處理。必要結(jié)構(gòu)也可采用更輕或者強(qiáng)度更大的材料進(jìn)行替換。

（二）完善售后，解決用戶實(shí)際問題

建立健全售后服務(wù)，尊重客戶，維護(hù)企業(yè)利益和保持良好客戶關(guān)系。從農(nóng)戶購買到后期維護(hù)、維修等過程，都可以與廠家進(jìn)行聯(lián)系，進(jìn)行實(shí)時(shí)維修。對易損部件如刀頭部分，在用戶購買時(shí)就提供成套刀頭供用戶購買。

（三）加強(qiáng)使用培訓(xùn)，減少安全隱患

對采摘機(jī)械進(jìn)行優(yōu)化，可以在刀頭部分增加保護(hù)蓋，防止非采摘時(shí)期機(jī)械對人體傷害。

在采摘機(jī)械較為危險(xiǎn)部分，張貼危險(xiǎn)勿動(dòng)字樣來標(biāo)識提醒用戶安全使用采摘器。每一次售賣之前，需要對購買者進(jìn)行專業(yè)的指導(dǎo)，同時(shí)，還要到購買者所在地進(jìn)行考察，如果存在不適當(dāng)?shù)牟僮?，?yīng)該及時(shí)糾正。

六、結(jié)語

從20世紀(jì)70年代到現(xiàn)在，中國機(jī)械采摘機(jī)械實(shí)現(xiàn)了從無到有再到強(qiáng)，解決了因城鎮(zhèn)化和人口老齡化帶來的農(nóng)村勞動(dòng)力減少的問題，提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和降低了人工成本。幾乎解決了農(nóng)產(chǎn)品在耕地、播種、打藥、采摘再到運(yùn)輸?shù)乃械托实膯栴}。但隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，我們更希望能有更多的機(jī)械化智能化的設(shè)備加入農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域。對果業(yè)乃至全國農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展都有著積極貢獻(xiàn)。