劉博雯

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東泰安 271001）

通過對(duì)有機(jī)草莓種植基地、草莓采摘園、農(nóng)民合作社等進(jìn)行深入分析與調(diào)研，在當(dāng)今草莓產(chǎn)量激增、果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度大、人工采摘效率低的背景下，運(yùn)用杠桿原理，設(shè)計(jì)了一種草莓采摘收集裝置[1-2]。

1 項(xiàng)目背景

1）草莓種植面積迅速擴(kuò)大，人工采摘工作強(qiáng)度大且效率低。近年來，我國草莓種植面積與產(chǎn)量迅速增加。截至2020 年，我國草莓種植面積已達(dá) 1 316 km2。2011—2020 年，我國草莓產(chǎn)量從200.9 萬t 增長至344.9 萬t，約占全球草莓總產(chǎn)量的1/3。無論是種植面積還是產(chǎn)量，我國草莓的生產(chǎn)規(guī)模均位居世界第一[3]。然而，目前國內(nèi)的草莓采摘大多數(shù)為人工采摘，隨著人口老齡化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本提高等社會(huì)問題的加劇，草莓采摘面臨的困境越來越嚴(yán)峻。

2）現(xiàn)有草莓采摘器無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用需求。目前市場(chǎng)上已出現(xiàn)草莓采摘器，尤其是國外市場(chǎng)。例如，已設(shè)計(jì)出自動(dòng)化程度較高的草莓采摘機(jī)器人，雖然可自動(dòng)完成采摘與收集工作，但缺乏實(shí)用性。還有常見的輔助采摘工具，雖然成本低、易操作，但果農(nóng)仍需以蹲姿或彎腰完成采摘工作，無法大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，迫切地需要設(shè)計(jì)一種更為先進(jìn)、方便的草莓采摘收集裝置來解決這一問題[4-5]。

2 裝置結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 草莓采摘收集裝置結(jié)構(gòu)

地壟式草莓采摘收集裝置如圖1 所示。

圖1 草莓采摘裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 草莓采摘收集裝置連接方式

本裝置主要由操作桿1 和收集盒8 兩部分組成。1）操作桿1 的一端固定連接有固定塊2，固定塊2遠(yuǎn)離操作桿1 的一側(cè)外壁固定連接有安裝板5，固定塊2 的頂部外壁固定連接有安裝塊17，安裝板5 的頂部外壁開設(shè)有卡槽20，卡槽20 的內(nèi)壁滑動(dòng)連接有滑塊21，滑塊21 的頂部外壁固定連接有移動(dòng)塊14，安裝塊17 的外壁固定連接有第一彈簧15，第一彈簧15遠(yuǎn)離安裝塊17 的一端與移動(dòng)塊14 固定連接。移動(dòng)塊14 的外壁及位于第一彈簧15 的內(nèi)部固定連接有拉桿16，拉桿16 遠(yuǎn)離移動(dòng)塊14 的一端固定連接有限位塊19，操作桿1 的外壁固定連接有限位環(huán)18，安裝塊17的內(nèi)壁開設(shè)有通孔，拉桿16 的外壁與通孔的內(nèi)壁滑動(dòng)連接。2）收集盒8 的底部外壁設(shè)置有收集袋3，收集袋3 的外壁與滑塊21 的外壁固定連接，收集盒8 的外壁固定連接有軸盤10，軸盤10 的外壁與安裝板5 的外壁固定連接，軸盤10 的頂部外壁設(shè)置有軸桿9，軸桿9 的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接有刀刃7，軸桿9 的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接有刀柄6，刀刃7 位于收集盒8 的上方，刀刃7 和刀柄6 的數(shù)量均為兩個(gè)，兩個(gè)刀刃7 和刀柄6 交叉固定連接，兩個(gè)刀柄6 之間設(shè)置有第二彈簧11，刀柄6的外壁固定連接有連接件12，連接件12 的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接有連接環(huán)13，移動(dòng)塊14 的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接有連接桿4，連接桿4 遠(yuǎn)離移動(dòng)塊14 的一端與連接環(huán)13 的外壁固定連接。

2.3 工作原理

在使用時(shí)，果農(nóng)手持操作桿1 將收集盒8 置于草莓的下方，通過收集盒8 托住草莓，通過拉動(dòng)限位塊19 帶動(dòng)拉桿16 活動(dòng)，通過安裝塊17 對(duì)第一彈簧15進(jìn)行位置的限定，拉桿16 在移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)移動(dòng)塊14 在卡槽20 內(nèi)滑動(dòng)，通過滑塊21 對(duì)移動(dòng)塊14 進(jìn)行限位，提高了移動(dòng)塊14 移動(dòng)的穩(wěn)定性及連接桿4 安裝的穩(wěn)定性；通過兩根連接桿4 在移動(dòng)塊14 內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)兩個(gè)刀柄6 之間貼合收縮，刀柄6 在貼合時(shí)刀刃7 閉合，通過刀刃7 閉合對(duì)草莓的連接莖進(jìn)行切割，即可剪下草莓。此過程不需要彎腰操作，降低了果農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

剪下的草莓落入到收集袋3 中進(jìn)行收集，一次可以收集多個(gè)草莓。剪切完成后松開限位塊19，第一彈簧15給移動(dòng)塊14 一個(gè)彈力使移動(dòng)塊14 復(fù)位，同時(shí)使刀柄6復(fù)位，通過設(shè)置的第二彈簧11 給刀柄6 一個(gè)彈力，提高了刀柄6復(fù)位的效果，通過刀柄6的復(fù)位帶動(dòng)刀刃7打開，為下一次剪切草莓做準(zhǔn)備，提高了草莓采摘的效率。

3 模型與模擬采摘試驗(yàn)

3.1 草莓采摘收集裝置三維模型

通過對(duì)草莓大棚壟臺(tái)的高度、寬度及草莓的株距、行距等各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，根據(jù)裝置的各部分結(jié)構(gòu)示意圖做出了裝置的三維模型，其主視圖、左視圖、俯視圖及部分參數(shù)如圖2 所示，實(shí)物見圖3。

圖2 草莓采摘裝置三維模型圖（單位：mm）

圖3 草莓采摘裝置實(shí)物及采摘示意圖

3.2 采摘對(duì)照試驗(yàn)

在地壟式草莓大棚中考察草莓采摘裝置與人工采摘的速度。選取草莓生長狀況完全相同的兩塊地，以采摘5 kg 草莓為目標(biāo)，分別進(jìn)行5 組試驗(yàn)，記錄果農(nóng)純手工采摘與使用該裝置采摘完成的時(shí)間。

如表1 所示，人工采摘平均耗時(shí)50 min，使用采摘裝置組平均耗時(shí)20 min，是人工采摘效率的2.5 倍，采摘速度提升顯著。另外，在采摘過程中，果農(nóng)無需彎腰勞作，可同時(shí)采摘并收集多個(gè)草莓，解決了純手工采摘時(shí)一次只能采摘一個(gè)草莓的問題。而且裝置底部收集袋的設(shè)計(jì)較好地保護(hù)了草莓，減少了外力擠壓和硬物戳刺等對(duì)草莓造成的損傷，草莓外觀品質(zhì)高。

表1 草莓采摘效率對(duì)比 單位：min

3.3 優(yōu)勢(shì)分析

與市場(chǎng)現(xiàn)有的草莓采摘器相比，該裝置主要有以下優(yōu)點(diǎn)。1）采摘效率高，節(jié)約采摘時(shí)間。在傳統(tǒng)的采摘模式中，果農(nóng)一次只可采摘一個(gè)草莓，效率低下。而使用該裝置后，果農(nóng)可同時(shí)采摘并收集多個(gè)草莓，既省時(shí)又省力。2）該裝置運(yùn)用杠桿原理設(shè)計(jì)，可適用于不同高度的人群，采摘過程中果農(nóng)不再需要彎腰勞作，可有效減輕勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度[6]。3）結(jié)構(gòu)簡單，方便易攜，成本低廉，十分有利于進(jìn)入農(nóng)業(yè)市場(chǎng)。4）減少草莓外皮損傷。草莓外皮脆弱，易受損傷。對(duì)于大型草莓種植戶、供給一線城市的有機(jī)草莓生產(chǎn)基地及合作社、草莓專業(yè)種植園等對(duì)草莓質(zhì)量要求高的產(chǎn)業(yè)部門，該裝置通過收集袋收集剪下的草莓，可減少對(duì)草莓的損傷，提高果品外觀質(zhì)量。5）適用范圍廣，普及率高，發(fā)展?jié)摿Υ?。該裝置不僅可以用于草莓采摘，經(jīng)后期改造，亦可用于采摘其他地壟種植作物，應(yīng)用價(jià)值高。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一款操作性強(qiáng)、可行性高、成本低廉、采摘效率高的草莓采摘收集裝置。使用該裝置進(jìn)行草莓采摘，果農(nóng)不再需要彎腰勞作，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減輕了人工采摘的壓力，提高了采摘效率，具有良好的社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景廣闊。