王榮炎 于慧爽 陳安迪 李愛潮 高 磊 鄭志安

(中國農(nóng)業(yè)大學工學院， 北京 100083)

0 引言

菊花，菊科菊屬的多年生草本植物，花朵中含有多種揮發(fā)油、黃酮類、多糖類、三萜類及人體所需的微量元素[1-2]。以北京菊為例，其花朵可藥食兩用，還可用作牙膏、護手霜等日用品的原料，經(jīng)濟價值高。北京菊具有采后復(fù)生的特點，且菊花花朵生長位置分散。目前北京菊靠人工采摘，采摘效率低、成本高，成為制約北京菊產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的瓶頸[3-5]。

國外關(guān)于菊花(菊花品種多為洋甘菊)機械化收獲的研究較早，阿根廷、斯洛伐克、塞爾維亞和德國等在20世紀70—80年代已經(jīng)使用收獲機進行洋甘菊收獲作業(yè)[6]。洋甘菊收獲機采摘部件主要有滾筒梳式、滾筒扇板式、梳齒刀組合式和梳齒氣動組合式，收獲下來的花朵上均帶有過長的花柄，含雜率很高，不適用于收獲北京菊[7-11]。近年來，國內(nèi)開始致力于研制食用菊花的收獲機械，文獻[12]設(shè)計了一種手推式杭白菊采摘機，研究了該采摘機轉(zhuǎn)速、梳齒間距和梳齒工作深度對采摘率和損傷率的影響，該采摘機的梳齒安裝在鏈條上，采摘運行穩(wěn)定性較差，收集裝置位于采摘部件下方，采摘機通過性較差；文獻[13]研制了一種手推往復(fù)梳齒式杭白菊采摘機，利用曲柄連桿機構(gòu)的急回特性帶動梳齒實現(xiàn)菊花的采摘，采摘下來的花朵上無花柄，雜質(zhì)率和損傷率較低，但機器的通過性較差，且行駛速度受人為因素影響較大；文獻[14]發(fā)明了一種簡易菊花采摘機，該采摘機由汽油發(fā)動機提供動力，利用設(shè)置在梳齒桿上的切刀對菊花進行收割；文獻[15]發(fā)明了一種菊花批量采集裝置，利用梳刀采集輥進行旋轉(zhuǎn)式采摘，靠離心力將菊花拋入存儲箱；文獻[16]發(fā)明了一種菊花采收機，利用分花齒排將植株分隔為多列，摘花梳齒夾持被分隔的植株，定刀刀片將花朵切割下來。文獻[14-16]均為授權(quán)專利，實際采摘效果尚未見報道。

根據(jù)北京菊的生長特性和采摘要求，本文在已有樣機[13]的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計一種氣動翻轉(zhuǎn)梳齒式菊花采摘裝置，并進行田間試驗，以獲得采摘裝置的最優(yōu)工作參數(shù)，旨在為菊花采摘機械化的發(fā)展提供參考。

1 菊花力學參數(shù)和采摘要求

1.1 力學參數(shù)

隨機選取20 株盛開期北京菊植株(圖1)，對其物理參數(shù)進行測量[17-18]，采用游標卡尺(量程0～200 mm、精度0.02 mm)測量各部位直徑，采用2519-104型instron萬能材料試驗機對各部位進行拉伸和剪切試驗(圖2)，試驗機加載速度為3 mm/min，每組重復(fù)10次，試驗結(jié)果如表1所示。

圖1 北京菊各部位名稱Fig.1 Names of parts of chrysanthemum1.花托 2.花朵 3.花柄 4.二級枝條 5.一級枝條 6.主枝

圖2 北京菊力學參數(shù)測試Fig.2 Measurement of mechanical parameters of chrysanthemum

表1 北京菊測量參數(shù)Tab.1 Measurement parameters of chrysanthemum

根據(jù)表1測試結(jié)果：相同條件下對北京菊進行拉伸和剪切，除一級枝條外的各部位更容易被拉斷；拉斷力由大到小依次為一級枝條、二級枝條、花柄，花柄處的平均拉斷力為5.14 N，明顯小于其它部位。因此，理論上采摘時最先于花柄處拉斷。

1.2 采摘要求和設(shè)計目標

北京菊的采收期為10月上旬至11月中旬，于管狀花散開2/3、花色潔白時采收，采摘時，不能破壞植株，以免影響二次收獲，且采摘下來的花朵上不能帶著花柄。所設(shè)計的采摘裝置首先應(yīng)保證工作運行平穩(wěn)，采摘速度、采摘高度和機器行駛速度可調(diào)，以適應(yīng)不同密度和高度植株的采摘；機器由手推式變?yōu)樽宰呤?，降低人為因素對機器行駛速度的影響；采摘軌跡應(yīng)包絡(luò)頂層花和底層花的高度差；針對菊花采后復(fù)生的特點，要求采摘裝置具有較好的通過性，降低對植株的破壞；采摘裝置盡量一次性完成采摘和收集。

2 整體結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 整體結(jié)構(gòu)

氣動翻轉(zhuǎn)梳齒式菊花采摘裝置總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，整機參數(shù)如表2所示。行走裝置通過兩電機驅(qū)動兩前輪，兩后輪為萬向輪，萬向輪上增設(shè)了扶手，提高了循跡性，同時方便控制轉(zhuǎn)向。采摘部件主要由梳齒排和一對偏置曲柄滑塊機構(gòu)組成，弧形梳齒等間距均勻排布，可更換不同齒距的梳齒排。梳齒安裝架兩端焊有短軸，左端鉸接在左側(cè)的連桿上，右端與擺動氣缸軸固接。絲杠升降機構(gòu)主要包括絲杠、導(dǎo)柱、叉形承接架和電機。傳動部件安裝在叉形承接架上，主要包括直流減速電機和同步帶。氣動拋送機構(gòu)可配合采摘部件將采摘下來的花朵拋送至后方收集裝置中。收集裝置固定在機架內(nèi)側(cè)。清齒部件位于梳齒安裝架下方。采摘處和升降處的電機可通過控制柜中各調(diào)速器進行無級調(diào)速。24 V直流電池組配合逆變器為采摘裝置提供動力。

圖3 裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Device structure diagram1.行走裝置 2.梳齒 3.機架 4.帶傳動機構(gòu) 5.氣動裝置 6.收集盒 7.逆變器 8.蓄電池 9.升降絲杠 10.叉形承接架 11.電控箱 12.擺動氣缸 13.側(cè)板 14.軸套 15.清齒部件 16.曲柄滑塊機構(gòu)

2.2 工作原理

作業(yè)前，將機器對準菊花畦壟，調(diào)節(jié)絲杠升降機構(gòu)使采摘部件適應(yīng)待采植株高度。采摘電機通過同步帶將動力傳遞到采摘裝置的主動軸，使曲柄勻速旋轉(zhuǎn)，滑塊在滑軌上做變速往復(fù)直線運動，連桿做平面復(fù)合運動，從而帶動梳齒排自下而上進行采摘作業(yè)。梳齒運動到最低點插入植株，并向斜上方運動采摘菊花。梳齒排運動到最高點時，曲柄轉(zhuǎn)動到接近開關(guān)的位置，接近開關(guān)將高低電位信號傳遞給時間繼電器，電磁閥再根據(jù)時間繼電器發(fā)出的信號，控制擺動氣缸帶動采摘齒排向后擺動90°，梳齒排上的花朵受慣性力向后拋送至收集盒中。當滑塊在滑軌上運動到最后端的極限位置時，擺動氣缸帶動采摘齒排向前擺動90°迅速復(fù)位，梳齒往復(fù)和拋送運動相配合，以此往復(fù)。位于梳齒架下方的清齒部件對梳齒進行清理，防止堵塞。采摘梳齒的運轉(zhuǎn)速度、機器行駛速度可根據(jù)菊花植株密度進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)菊花的連續(xù)采摘。

表2 整機參數(shù)Tab.2 Machine parameters

3 關(guān)鍵部件設(shè)計與參數(shù)確定

3.1 采摘部件結(jié)構(gòu)與參數(shù)

3.1.1梳齒參數(shù)確定

梳齒是直接與菊花植株接觸的部件，其長度和形狀等參數(shù)對實際采摘效果有較大影響。梳齒轉(zhuǎn)動一周應(yīng)包絡(luò)花朵高度差，梳齒長度過小會漏摘底層花朵，梳齒過長會彎曲變形，綜合考慮確定梳齒長度為26 cm，梳齒直徑為6 mm。對比了方條型和圓柱型梳齒的采摘效果后發(fā)現(xiàn)圓柱型梳齒更容易插入植株，且采摘端部為圓弧型的梳齒相較于直型梳齒，更易于將花朵向后拋送。因此，確定梳齒為采摘端帶弧度的圓柱型。采摘時，花柄進入梳齒間隙，枝條拉直，花柄張緊，花托受到梳齒提供的提拉力和摩擦力，在合力的作用下花朵被采摘下來。采摘過程可視為梳齒對花托的碰撞過程，摩擦力提供的沖擊力忽略不計。為了方便力學分析，將花柄、花托與梳齒簡化為規(guī)則剛體?；ㄍ惺艿较噜弮墒猃X提供的一對提拉力F，花朵脫落取決于提拉力F沿梳齒移動方向的分力Fa。花朵與花柄之間的結(jié)合力為T，拉拔力2Fa與結(jié)合力T方向相反，花朵在相鄰兩梳齒間的受力狀況如圖4所示。

圖4 北京菊采摘受力示意圖Fig.4 Diagram of force acting on chrysanthemum1.花朵 2.花托 3.花柄 4.梳齒

梳齒對花朵作用力公式為

(1)

式中α——F與垂直方向夾角，(°)

i——相鄰兩梳齒間距，mm

l——梳齒在花托接觸點和花朵重心的距離，mm

當對花朵的拉拔力大于花朵與花柄的結(jié)合力時，花朵脫落，即

2Fa≥T

(2)

由式(1)、(2)得

(3)

由式(3)可知，梳齒間隙變大，花朵受到的提拉力變大，花朵更容易脫落。但間隙過大，則會漏采；間隙過小，則會誤采花蕾，并可能造成梳齒堵塞。梳齒間隙i應(yīng)該大于花柄以及各分枝直徑，小于花托直徑[16-17]，所以參照表1，i理論值為3.34～11.37 mm。

3.1.2偏置曲柄滑塊機構(gòu)參數(shù)確定

偏置曲柄滑塊機構(gòu)的傳動性能主要取決于傳動角γ，γ越大越有利于傳動，傳動效率越高，所以將γmin作為目標函數(shù)，建立γmin與極位夾角δ之間的關(guān)系式。在該關(guān)系式中，行程速比系數(shù)K一定時，當γmin取得最大值時傳動性能最佳[19]。根據(jù)圖5可知，曲柄位置變化，連桿傳動角γ就會不同，當曲柄和滑軌垂直時，獲得最小傳動角γmin，此時

(4)

圖5 偏置曲柄滑塊機構(gòu)簡圖Fig.5 Schematic of offset crank slider mechanism

由式(4)可知傳動角γ與曲柄長度a、連桿長度b、偏心距e的取值有關(guān)。已知滑塊行程H和行程速比系數(shù)，再得知曲柄長度、連桿長度或偏心距任一參數(shù)即可設(shè)計該傳動機構(gòu)，若γmin<γ，則滿足設(shè)計要求。根據(jù)采摘部件安裝要求和采摘要求，設(shè)置偏心距e為90 mm，滑塊行程H為400 mm，滿足行程速比系數(shù)K為1.3，計算該曲柄滑塊機構(gòu)尺寸關(guān)系[20-21]。在三角形△AC2C1中

H2=(a+b)2+(b-a)2-2(a+b)(b-a)cosδ

(5)

(6)

可得

(7)

(8)

(9)

連桿長度和偏心距與曲柄長度有關(guān)，以曲柄長度a作為設(shè)計參數(shù)，建立機構(gòu)最小傳動角方程。曲柄長度a的取值范圍為

(10)

在△B′C′E中，機構(gòu)最小傳動角可表示為

(11)

機構(gòu)行程速比系數(shù)

(12)

求最小傳動角極值

(13)

(14)

取曲柄長度a為自變量，則有目標函數(shù)

(15)

取函數(shù)

(16)

通過計算f′(a)和f″(a)得出該曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄長度a可取140 mm，連桿長度b取300 mm，為了保證機構(gòu)具有良好的傳動性能，最小傳動角可取46.63°。

3.2 清齒部件組成

該清齒部件主要包括毛刷、雙桿雙軸氣缸、手動換向閥、氣缸安裝架等。毛刷的底板為PVC材質(zhì)，毛刷的尺寸(板長×板寬×板厚×刷絲長度)為500 mm×20 mm×10 mm×20 mm，刷絲有兩列。毛刷安裝在氣缸活塞頭部的鋁合金固定板上。該氣缸是依靠壓縮缸內(nèi)空氣做功來實現(xiàn)活塞的往復(fù)運動，活塞桿伸出與復(fù)位帶動毛刷實現(xiàn)推拉動作。當梳齒堵塞時，打開手動換向閥使氣缸工作，將堵塞物清理下來。要根據(jù)所需力選擇缸徑[22]。毛刷組件質(zhì)量約為0.5 kg，刷絲為尼龍材質(zhì)，取摩擦因數(shù)為0.25，推動毛刷組件所需要的力約為1.25 N。氣缸理論輸出推力和拉力均為

(17)

式中Fq——理論輸出力，N

D——缸徑，mm

D′——活塞桿直徑，mm

p——工作壓力，一般為系統(tǒng)中減壓閥調(diào)定壓力的85%，MPa

為防止活塞和缸蓋相碰，應(yīng)在計算所需的行程上增加10～20 mm的余量。本例中，采摘的花朵往往堆積在梳齒直線段與彎曲段的交接處，所以氣缸行程選為125 mm。

3.3 氣動拋送機構(gòu)

3.3.1結(jié)構(gòu)組成和工作原理

氣動拋送機構(gòu)主要由氣泵、過濾器、電磁閥、氣缸、時間繼電器、接近開關(guān)和擺動氣缸等組成，結(jié)構(gòu)原理如圖6所示，表3為氣動元件的參數(shù)。作業(yè)時，逆變器將蓄電池24 V直流電轉(zhuǎn)換為氣泵所需要的220 V交流電，氣泵給氣動元件提供氣源，該擺動氣缸的伸出軸與梳齒架通過軸套相連，帶動梳齒作翻轉(zhuǎn)運動向后拋送菊花。氣動拋送機構(gòu)的啟停由啟動按鈕和急停按鈕控制，一般待梳齒多做幾個采摘循環(huán)，梳齒上殘留的菊花較多時，開啟拋送機構(gòu)；梳齒上的花朵較少時，可使拋送機構(gòu)暫停。

圖6 氣動拋送機構(gòu)結(jié)構(gòu)原理圖Fig.6 Pneumatic throwing device structure principle diagram

3.3.2參數(shù)確定

氣體輸送管道為PU氣管，由軋帶固定，緊貼機架排布。管道起點連接氣泵出氣口，末端與擺動氣缸相連，管道內(nèi)徑為4 mm，總長3 m。氣泵工作氣壓為0.7 MPa，擺動氣缸工作壓力為0.65 MPa。管道總長較小，管道內(nèi)氣體流速和密度的相對變化不大，常溫管道可按40℃計算。管道內(nèi)氣體流量計算式可簡化為[22-23]

(18)

式中Qn——氣體流量，m3/s

pq——管道起點的絕對壓力，取7×105Pa

pz——管道終點的絕對壓力，取6.5×105Pa

表3 氣動元件主要參數(shù)Tab.3 Main parameters of pneumatic components

d——管道內(nèi)徑，m

λ——摩擦因數(shù)，取0.025 2

L——管道長度，m

ρ——標準狀態(tài)下的空氣密度，取1.293 kg/m3

t——輸氣溫度，取313 K

將各參數(shù)數(shù)值代入式(18)中，計算得出氣體流量為0.22 m3/s。同時可求出管道平均壓力理論值pm為0.675 MPa。單位長度上壓降為[22-23]

(19)

將各參數(shù)數(shù)值代入式(19)，得單位長度上壓降為2.08×10-5MPa/m，全程壓降為6.24×10-5MPa。初步計算末端壓力

p′z=pq-Δp

(20)

管內(nèi)平均壓力實際值為

(21)

精度檢查得

(22)

在±5%范圍內(nèi)，可確定氣動裝置的選型與結(jié)構(gòu)排布符合設(shè)計要求。

4 田間試驗

4.1 試驗條件

試驗地點為河北省保定市高陽縣菊花種植基地，試驗時間為2021年10月20日。菊花花朵含水率為82.86%，平均株高約為50 cm，頂層花與底層花的平均距離約為25 cm，菊花壟寬為60 cm，一壟種植兩行，行距為30～40 cm，株距為20 cm。樣機試驗如圖7所示。

圖7 采摘裝置田間試驗Fig.7 Field test of picking device

4.2 試驗指標及方法

根據(jù)菊花采摘的農(nóng)藝要求，本次試驗以采摘率Y1、損傷率Y2、含雜率Y3為試驗指標。各指標的統(tǒng)計方法為：每2 m作為一組采摘數(shù)據(jù)，計2 m行程內(nèi)采摘下的花朵質(zhì)量為np、采摘下的枝條等雜質(zhì)質(zhì)量為ni、破損的花朵質(zhì)量為nb，測得100朵菊花的質(zhì)量為176 g，將2 m內(nèi)未采摘下來的菊花換算成質(zhì)量，計為nu。采摘率、損傷率和含雜率計算式分別為

(23)

(24)

(25)

4.3 試驗方案設(shè)計與結(jié)果分析

根據(jù)梳齒往復(fù)式菊花采摘裝置的采摘原理和結(jié)構(gòu)特點，主要有3個因素可能影響采摘效果，分別是曲柄轉(zhuǎn)速、梳齒間距以及機器行駛速度。通過查閱文獻及預(yù)試驗結(jié)果，確定曲柄轉(zhuǎn)速為30～60 r/min，梳齒間距為6.5～9.5 mm，機器行駛速度為0.1～0.3 m/s。采用三因素三水平的Box-Behnken試驗設(shè)計原理進行組合試驗，分析各因素對各指標的影響程度[24]。試驗因素編碼如表4所示，試驗組數(shù)N為17，每組試驗重復(fù)3次，取3次的平均值作為該組的試驗結(jié)果，試驗方案與結(jié)果如表5所示。表中，X1、X2、X3分別為曲柄轉(zhuǎn)速、梳齒間距、行駛速度的編碼值。

表4 試驗因素編碼Tab.4 Factors and codes of field tests

表5 試驗方案與結(jié)果Tab.5 Plan and result of test

通過Design-Expert 8.0.6軟件對試驗數(shù)據(jù)開展多元回歸擬合分析，建立采摘率Y1、損傷率Y2和含雜率Y3對曲柄轉(zhuǎn)速、梳齒間距和行駛速度3個自變量的二次多項式響應(yīng)面回歸模型

對上述回歸模型進行方差分析(表6)。采摘率、損傷率和含雜率的回歸模型中P值均小于0.05，失擬項P>0.05，表明模型能夠正確反映試驗因素與試驗指標之間的關(guān)系。根據(jù)表6中F值可知，各因素對采摘率的影響主次順序為曲柄轉(zhuǎn)速、梳齒間距、行駛速度，并且各因素的交互作用均對采摘率有顯著影響；各因素對損傷率的影響主次順序為梳齒間距、曲柄轉(zhuǎn)速、行駛速度，且曲柄轉(zhuǎn)速和行駛速度的交互作用對損傷率有顯著影響；各因素對含雜率的影響主次順序為梳齒間距、曲柄轉(zhuǎn)速、行駛速度，且曲柄轉(zhuǎn)速和行駛速度的交互作用也對損傷率有顯著影響。根據(jù)回歸方程分析結(jié)果，利用Design-Expert 8.0.6軟件分別作影響顯著的各交互因素與采摘率、損傷率和含雜率之間關(guān)系的響應(yīng)曲面圖[25-28]，如圖8所示。

表6 回歸模型方差分析Tab.6 Variance analysis of regression model

圖8 因素交互作用對試驗指標影響的響應(yīng)曲面Fig.8 Response surfaces of factor interaction on test index

圖8a～8c分別為曲柄轉(zhuǎn)速與梳齒間距、曲柄轉(zhuǎn)速與行駛速度、梳齒間距與行駛速度的交互作用對采摘率的響應(yīng)曲面。如圖8a所示，當行駛速度為0.2 m/s時，隨著曲柄轉(zhuǎn)速增加且梳齒間距減小，采摘率提高。因為曲柄轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)梳齒與菊花植株的接觸次數(shù)越多，采摘率越高；梳齒間距越小，漏采概率越小，梳齒與菊花植株的有效接觸越多，采摘率越高。當曲柄轉(zhuǎn)速和梳齒間距達到一定水平時，采摘率的增加速度趨于平緩，尤其當梳齒間距為8 mm左右時，繼續(xù)增加梳齒間距，采摘率未有明顯提高，因為梳齒間距過大，會產(chǎn)生漏采現(xiàn)象。如圖8b所示，當梳齒間距為8 mm時，隨著曲柄轉(zhuǎn)速增加且行駛速度減小，采摘率增加，當曲柄轉(zhuǎn)速和行駛速度達到一定水平時，采摘率的增加速度趨于平緩。由于行駛速度越小，單位面積內(nèi)菊花植株的采摘次數(shù)越多，采摘率會越高，到采摘后期植株上菊花數(shù)量不多時，繼續(xù)減小行駛速度，并不會提高采摘率，反而會降低采摘效率。如圖8c所示，響應(yīng)曲面整體呈開口向下趨勢，即固定曲柄轉(zhuǎn)速，隨著梳齒間距和行駛速度的增加，采摘率呈先增加后降低的趨勢，當梳齒間距為8 mm，行駛速度為0.2 m/s時，采摘率較高。

圖8d為曲柄轉(zhuǎn)速與行駛速度的交互作用對損傷率的響應(yīng)曲面。當梳齒間距不變，隨著曲柄轉(zhuǎn)速和行駛速度增加，損傷率呈增加趨勢，且增加速度越來越大，主要因為曲柄轉(zhuǎn)速增加，梳齒對花朵的沖擊力增加，花朵與花柄之間的連接力是一定的，過大的沖擊力會對柔軟的花朵造成損傷；行駛速度增大，會增加采摘裝置對植株的沖擊和碰撞，也會影響花朵的完整性。

圖8e為曲柄轉(zhuǎn)速與行駛速度的交互作用對含雜率的響應(yīng)曲面。當固定梳齒間距時，隨著曲柄轉(zhuǎn)速和行駛速度減小，含雜率呈降低趨勢。當曲柄轉(zhuǎn)速減小，梳齒對菊花植株的沖擊力減小，枝條、葉片等受到的作用力減??；并且行駛速度減小，采摘過程趨于平緩，對植株的碰撞和沖擊也隨之減小，因此含雜率會降低。

4.4 參數(shù)優(yōu)化

為獲得該采摘機最優(yōu)工作參數(shù)組合，運用Design-Expert 8.0.6軟件對上述3個回歸模型進行約束目標求解。采摘菊花時，應(yīng)保證采摘率最高，在此基礎(chǔ)上降低損傷率和含雜率，因此設(shè)置目標函數(shù)maxY1，損傷率小于2%，含雜率小于10%，優(yōu)化所得最佳參數(shù)為：曲柄轉(zhuǎn)速49.45 r/min、梳齒間距8.13 mm、行駛速度0.17 m/s，此時，采摘率可達92.09%，損傷率為1.85%，含雜率為10%。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，將梳齒間距設(shè)為8 mm，其他條件不變再次利用軟件求優(yōu)，優(yōu)化參數(shù)結(jié)果：曲柄轉(zhuǎn)速為47.94 r/min、梳齒間距為8 mm、行駛速度為0.17 m/s，此時，采摘率可達92%，損傷率為1.83%，含雜率為10%。根據(jù)優(yōu)化后的工作參數(shù)，進行3次重復(fù)試驗，得到采摘率為92.56%，損傷率為1.86%，含雜率為9.51%，試驗結(jié)果與理論優(yōu)化結(jié)果一致。

5 結(jié)論

(1) 通過深入分析北京菊的生長特性和采摘要求，設(shè)計了一種氣動翻轉(zhuǎn)梳齒式菊花采摘裝置。該采摘裝置利用一對偏置式曲柄滑塊機構(gòu)驅(qū)動梳齒排采摘菊花，毛刷清理梳齒，并通過氣動拋送裝置將菊花向后拋送，采摘工作高度可由絲杠升降機構(gòu)進行調(diào)節(jié)，機器通過性良好。

(2)通過分析采摘裝置的工作原理，對北京菊采摘過程進行了受力分析和理論計算，確定了采摘部件的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，并對清齒和氣動拋送裝置的組成和工作過程進行了闡述，各組件相互配合共同完成采摘、清齒、收集作業(yè)。

(3)通過設(shè)計二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，研究了曲柄轉(zhuǎn)速、梳齒間距和行駛速度對采摘率、損傷率、含雜率的影響，得到了各試驗指標的回歸方程。經(jīng)方差分析可知，影響采摘率的因素主次順序為曲柄轉(zhuǎn)速、梳齒間距、行駛速度；影響損傷率和含雜率的因素主次順序均為梳齒間距、曲柄轉(zhuǎn)速、行駛速度，同時得出了雙因素交互作用對試驗指標的影響。通過參數(shù)優(yōu)化和試驗驗證得出：當曲柄轉(zhuǎn)速為47.94 r/min、梳齒間距為8 mm、行駛速度為0.17 m/s時，采摘率可達92%，損傷率為1.83%，含雜率為10%，表明該氣動翻轉(zhuǎn)梳齒式菊花采摘裝置達到了較好的采摘效果。