李文青

摘要：伴隨著國家果園種植面積的擴大，果園的規(guī)模化發(fā)展將會得到更廣泛的推廣，規(guī)范化管理的要求也越來越具體，果園機械化管理也變得越來越重要。現(xiàn)在果園普便狀態(tài)是分散栽培，分化管理，大型現(xiàn)代果園很少，機械化設(shè)備不普及，果園護理和采摘效率低。因此，本文首先對現(xiàn)有果園護理與采摘設(shè)備進行調(diào)研，然后對果園與采摘設(shè)備進行創(chuàng)新設(shè)計。以期改善工作人員的工作方式，保證作業(yè)人員的身心健康。

關(guān)鍵詞：果園;護理;采摘;設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）03-0155-02

1現(xiàn)有設(shè)備及工作場所特征

目前，果園的主要工作有除草、施肥、套袋和采摘工作。果園的套袋方式最普遍的仍然是手工套袋，主要靠人字梯登高作業(yè)，或者人工直接徒手攀爬果樹進行作業(yè)，生產(chǎn)效率低、勞動強度大。部分果農(nóng)會選擇使用撐袋輔助設(shè)備進行撐袋，但這種簡易裝置只能起到微弱的作用，裝置沒有考慮不同樹層之間的應(yīng)用，對于頂層果實的套袋，仍然需要借助不同種類的登高工具，搬運登高或者攀爬果樹完成套袋工作，這種方式效率較低且存在一定風(fēng)險。

果園的水果采摘方式最普遍的仍然是手工采摘，手工采摘存在一定優(yōu)勢，可以針對性地摘取果實，輕拿輕放，對果實損害較小，但對于高處的果實需要借助輔助設(shè)備，例如梯子、板凳，依靠工具摘取樹層頂部分布的果實。如果果農(nóng)想要摘取另一個地方的果實，需要搬運梯子等登高設(shè)備，轉(zhuǎn)移到另一個位置，重新調(diào)整登高工具的位置，這在無形中增加了勞動成本和時間成本，降低了工作效率。還有一些操作人員為了節(jié)約時間，會選擇不借助其他工具直接爬上果樹來完成采摘工作，這對操作人員的人身安全構(gòu)成威脅，同時也會對果樹造成不同程度的損害，影響來年果實的收成。

2果園護理與采摘設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計調(diào)研分析

2.1使用人群分析

種植蘋果的果農(nóng)們老齡化現(xiàn)象也越來越突出，大約70%的蘋果種植者超過50歲。由于勞動力走向城市，都是留守的婦女和老人從事果園的管理工作。

2.2使用環(huán)境與工作行為分析

現(xiàn)有成齡蘋果園主要是在20世紀80至90年代栽植的，其中90%以上的果園采用喬砧密植栽培模式，現(xiàn)正處于旺盛結(jié)果期。但是喬砧密植在管理方面也存在諸多問題：（1）因為品種決定樹體本身比較高，所以修剪工作會存在一定的難度;（2）樹與樹之間產(chǎn)生交接會導(dǎo)致果園內(nèi)透光條件較差，病蟲害的發(fā)生機率很大，果品品質(zhì)不能得到很好的保障;（3）果樹之間的距離也限制了較大型機械設(shè)備的使用，機械操作存在諸多需要改進的方面。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，果樹栽培制度的變革，現(xiàn)代新型果園也為機械化作業(yè)設(shè)備管理果樹提供了便利條件。

采摘之前果農(nóng)需要準備水果采摘工具，如籃子、水果籃、梯子和運輸車輛。水果籃應(yīng)裝滿麻袋片、軟袋或塑料泡沫等軟性材料，梯子需堅固并且要求能夠到達樹頂。果農(nóng)隨身攜帶提籃或者可以背在身上的布袋，低矮的一層蘋果直接采摘或者彎腰采摘，高一層的蘋果通過梯子（或者凳子）和采摘工具的輔助來進行采摘。在蘋果采摘中，部分果農(nóng)借助摘果器，人可以不用登高摘取頂層的蘋果，但缺點是每一次摘取蘋果后要收縮桿長將蘋果放入籃中，采摘的效率較低。

3果園護理和采摘設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計思路

3.1升降平臺設(shè)計

根據(jù)提升臂的結(jié)構(gòu)，升降平臺類型可分為伸縮臂式、折疊臂式、混合式、垂直升降式4 種。本文所做研究旨在幫助果農(nóng)更輕松便捷地完成果園護理和采摘的工作，使果農(nóng)在完成樹層頂部作業(yè)時更加安全和有效，方便調(diào)節(jié)到達樹層的工作位置，改進現(xiàn)有升降平臺所存在的問題，使其更適應(yīng)果園化生產(chǎn)。伸縮臂式結(jié)構(gòu)工作高度比較高，范圍可達60—100米，但它的驅(qū)動裝置比較復(fù)雜;折疊臂式作業(yè)平臺適合完成低空作業(yè)，結(jié)構(gòu)靈活多變，通過折臂的運動變化可以更精確的將工作人員送達至工作位置，達到適合的高度，工作高度一般在25米以下;混合型作業(yè)平臺融合了伸縮臂結(jié)構(gòu)和折疊臂結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，可以更精確的到達作業(yè)高度，也可以更靈活的變更作業(yè)位置，但它的結(jié)構(gòu)相比前兩種結(jié)構(gòu)也要更加復(fù)雜，占地面積更大;垂直升降式作業(yè)平臺作業(yè)方向僅僅限制在垂直方向，但它的結(jié)構(gòu)相比其他結(jié)構(gòu)要更加簡潔。為了滿足果園特殊地形，根據(jù)苗木高度以及人體尺寸，對平臺進行小型化處理，方便設(shè)備在植株之間的移動行走，躲避果樹伸展出的枝杈，所以選取運動范圍相對較小的垂直桅桿式升降方式。

3.2尺寸設(shè)計

考慮果園果樹株距及作業(yè)空間要求，設(shè)置產(chǎn)品的外觀尺寸為長度1200毫米，寬度為650毫米，高度為1000毫米。工作平臺尺寸為長度780毫米，高度為1150毫米，寬度為650毫米。隨著離地間隙的增加，作業(yè)平臺的通過性能也需逐漸提高，離地間隙過大會造成平臺傾覆。結(jié)合作業(yè)平臺的使用環(huán)境和空間，在保證平臺順利通過的基礎(chǔ)上盡量降低平臺高度，設(shè)置平臺離地距離約為160毫米。

3.3最小使用質(zhì)量與載重量設(shè)計

最小使用質(zhì)量是指車本身的重量加上一位操作者的重量。為了能夠更好地滿足果園工作空間與環(huán)境，要使得作業(yè)平臺的結(jié)構(gòu)更加輕量化，初步估計作業(yè)平臺的整機結(jié)構(gòu)質(zhì)量為400千克。人的質(zhì)量范圍在50至150千克，最小使用質(zhì)量范圍為450千克至550千克之間。

一箱蘋果有大箱和小箱，重量小一點的有5千克或8千克左右，大的一箱重量也有10到15千克左右，假設(shè)平臺采摘時工作平臺可暫時存放3箱大箱蘋果，所以采摘的蘋果重量約為45千克。考慮其他附加質(zhì)量電機潤滑油和冷卻水及液壓油質(zhì)量約為43千克，20千克的工具質(zhì)量，所以平臺載重量約為553千克至653千克之間。

3.4材質(zhì)與配色設(shè)計

為了減小高空作業(yè)平臺的質(zhì)量，除了改進平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計外，還可以采用高強度、低比重的材料來制造高空作業(yè)平臺。與用戶直接身體接觸的部分，如按鍵、扶手等，可以使用工程塑料、硅膠材料等材料。一方面可以實現(xiàn)材質(zhì)和色彩的結(jié)合，起到引導(dǎo)用戶操作的作用;另一方面也可以緩解操作設(shè)備單一材質(zhì)帶來的枯燥感、單調(diào)感和冷漠感，使用戶的操作更加舒適，使用時心情也會更加輕松愉悅。

配色方面，主要考慮通過配色引導(dǎo)用戶的使用行為，提升產(chǎn)品的易用性。不同的色彩會給人不同的情感體驗，例如高明度色彩會使物體顯得更大，也更加輕快富有動感;金屬的顏色給人材質(zhì)感;鮮艷的顏色令人興奮和快樂;沉靜的顏色給人樸素與憂郁的感覺。顏色的選擇不是任意的，它的基本點是從商品的實際功能和產(chǎn)品的實際環(huán)境出發(fā)。

4果園護理與采摘設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計實踐

結(jié)合以上調(diào)研進行果園護理與采摘設(shè)備的創(chuàng)新性實踐，產(chǎn)品以蓄電池為動力源，采用控制器控制的半自動控制方式，在液壓驅(qū)動的輪式底盤上搭載桅桿式的升降平臺。

該果園作業(yè)平臺的主要特點是：整機結(jié)構(gòu)合理布置，作業(yè)平臺體積保持在合理范圍內(nèi)，尺寸較小更容易在植株之間進行作業(yè);以電動機作為該升降平臺的動力來源，效能更高，環(huán)保性能更好;在平臺兩側(cè)設(shè)置蛙式支腿，保證使用時平臺的穩(wěn)定性;采用輪式行走機構(gòu)，更容易適應(yīng)果園相對平緩的地形，控制簡單，緩沖性能較好;液壓傳動裝置可以實現(xiàn)無極變速，使得平臺上升下降時更穩(wěn)定，保證作業(yè)人員的安全;更加具體考慮果農(nóng)工作時的工作狀態(tài)，分析采摘時的工作方式，避免工作過程中的大幅度動作，減輕作業(yè)人員的疲勞;考慮用戶心理的基礎(chǔ)上配置產(chǎn)品色彩，提升使用時的愉悅感。

在考慮使用環(huán)境和作業(yè)需求尺寸的基礎(chǔ)之上，渲染效果圖如圖1、圖2所示。升降平臺設(shè)備的細節(jié)設(shè)計如圖3所示，平臺前側(cè)是用來存放蘋果的空間，可以放置蘋果箱，使用者在采摘蘋果后，可以不用彎腰直接放在蘋果箱里，減少了勞動強度。

如圖3所示，儲存果實的空間采用可以推拉的護欄設(shè)計，用戶才平臺之上采摘果實后將其放入果箱里，當箱子滿后放入平臺下方的儲存空間，當用戶從平臺下來后，將在存儲空間側(cè)面的護欄推拉開，將空間內(nèi)裝滿水果的箱子抽出，這樣設(shè)計的原因是從側(cè)面抽出的方式比較省力，推拉式的護欄結(jié)構(gòu)也相對質(zhì)量較輕，比較容易實現(xiàn)。

根據(jù)不同需求，用戶可以選擇不同色彩的產(chǎn)品，如圖4為產(chǎn)品的配色方案。

5結(jié)語

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，果園也需要更加規(guī)范化和規(guī)?；?，大中型機械可以提升工作效率，因此將越來越會被廣泛的使用。從作業(yè)活動本身來看，針對果園所設(shè)計的升降平臺，更充分考慮了隨車工具和果實的存放空間，提升了作業(yè)人員的工作效率和操作體驗，降低了工作活動中存在的風(fēng)險，減輕了果園工作中人的勞動強度;從社會價值來說，也提升了果園果品的品質(zhì)，增加了果農(nóng)的經(jīng)濟收益，更加有利于果園規(guī)范化的管理。