便攜式變徑球形刺梨采摘器的設(shè)計(jì)

雷 倩， 楊永發(fā)

(西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院，云南 昆明 650224)

研究與設(shè)計(jì)

便攜式變徑球形刺梨采摘器的設(shè)計(jì)

雷 倩， 楊永發(fā)

(西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院，云南 昆明 650224)

結(jié)合云貴高原及四川西部高原特有地形及勞動(dòng)力資源現(xiàn)狀，研制出一款既能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，又可以大大提高工作效率的可伸縮變徑球形刺梨采摘器。

采摘器；刺梨；便攜式；設(shè)計(jì)

刺梨是云貴高原及四川西部高原特有的野生資源，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥理作用。刺梨樹(shù)身高1～2.5 m，葉有次枝，小葉9～15片，連葉柄長(zhǎng)5～11 cm，果實(shí)多為扁圓球形，橫徑一般為2～4 cm，果皮上密生小肉刺。刺梨果實(shí)的采收時(shí)機(jī)對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)和貯藏性狀均有很大影響。采收過(guò)早，果實(shí)尚未成熟，個(gè)頭小、產(chǎn)量低，品質(zhì)低劣，不耐貯藏；采收過(guò)晚，成熟度過(guò)高，果肉衰老快，不適合長(zhǎng)途運(yùn)輸及長(zhǎng)期貯藏[1]。由于刺梨本身生長(zhǎng)環(huán)境特殊，加之刺梨本身被刺包圍，使得刺犁采摘成為一大難題。目前，對(duì)刺梨的采摘還停留在單純的人工采摘階段，這樣不僅容易刮傷人，而且后期的收集工作量大?？傮w來(lái)說(shuō)，刺梨的采摘還處于一種相對(duì)落后的狀態(tài)。

農(nóng)村勞動(dòng)力一直是我國(guó)勞動(dòng)力資源儲(chǔ)備中最大的部分，然而近些年伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化建設(shè)速度的加快，農(nóng)村勞動(dòng)力外流問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重[2]，解放勞動(dòng)力的問(wèn)題變得刻不容緩，而實(shí)現(xiàn)機(jī)械化就是解放農(nóng)村勞動(dòng)力和改善農(nóng)村勞動(dòng)力外流最有效的途徑之一。由于生活水平的不斷提高，人們對(duì)健康的要求也越來(lái)越高，刺梨的需求量也隨之增大。實(shí)現(xiàn)刺梨采摘機(jī)械化是提高刺梨產(chǎn)量的有效途徑，而且機(jī)械化采摘可以大大提高刺梨的利用率。

1 刺梨采摘的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

近年來(lái)，刺梨產(chǎn)業(yè)呈迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)。日本、韓國(guó)、新加坡、馬來(lái)西亞等國(guó)家以云南出口的刺梨原汁、濃縮汁和上海出口的刺梨提取物為原料，加工果汁飲料、化妝品、醫(yī)藥、保健食品[3-4]。上海、內(nèi)蒙古、浙江寧波及金華、安徽界首等地均在云南省大量收購(gòu)刺梨汁，其中上海主要用于濃縮汁、飲料、化妝品、醫(yī)藥、保健食品生產(chǎn)，內(nèi)蒙主要用于飲料生產(chǎn)，浙江主要用于保健食品生產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)外對(duì)刺梨的研究主要集中在開(kāi)發(fā)刺梨加工產(chǎn)品以及刺梨中的有效成分在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用等方面，對(duì)刺梨采摘方面的研究很少。云南雖為刺梨種植大省，但由于高原地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，勞動(dòng)力資源相對(duì)豐富，刺梨采摘更多地還是依賴人工。

2 采摘器總體結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)

便攜式變徑球形刺梨采摘器主要是根據(jù)平面連桿機(jī)構(gòu)及杠桿原理設(shè)計(jì)的一款剪刀式采摘器[6]，本設(shè)計(jì)體積小、耗能小、便于攜帶，而且易學(xué)易用。該裝置的設(shè)計(jì)大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了采摘效率，為人們采摘刺梨提供了更加便利的采摘工具。

2.1 總體結(jié)構(gòu)

便攜式變徑球形刺梨采摘器主要工作部件包括防滑可伸縮手柄、收集器、球頭刀三部分，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 采摘器總體結(jié)構(gòu)1.防滑手柄；2.伸縮柱；3.加固銷；4.收集管；5.球頭刀

防滑可伸縮手柄的主要作用是防止手柄滑動(dòng)和調(diào)節(jié)手柄長(zhǎng)度，工作時(shí)可根據(jù)自身需求調(diào)節(jié)手柄長(zhǎng)度。防滑手柄中收集管長(zhǎng)度是確定的，剪下刺梨根部樹(shù)枝需要的力也是確定的，根據(jù)杠桿原理[7-8]，手柄長(zhǎng)度越長(zhǎng)，人手所要施加的力就越小，工作越省力。

收集器用于收集采摘下來(lái)的刺梨，方便統(tǒng)一收集和成批裝入收納袋中。收集管兩邊的管柱呈半徑為15 cm的半圓柱形狀，兩側(cè)的半圓柱收集管用兩塊布連接，避免球頭刀張開(kāi)時(shí)收集管里面收集的果實(shí)掉落。收集管全長(zhǎng)30 cm，大約可以裝下10～15個(gè)刺梨果實(shí)，過(guò)多超過(guò)承載范圍；過(guò)少則降低生產(chǎn)效率。

球頭刀周邊全部裝有刀片，在完全包裹刺梨的同時(shí)剪下根部樹(shù)枝，隨后果實(shí)滑至收集管中。

2.2 主要參數(shù)

表面處理：精細(xì)拋光；

形式：可伸縮式；

材質(zhì)：不銹鋼；

開(kāi)口尺寸：100 mm；

全長(zhǎng)：0.9 m(手柄0.6 m、收集管0.3 m)

形狀：球頭；

球頭直徑：100 mm；

刀頭：雙面開(kāi)刃；

手柄：鋼管+防滑手柄；

用途：園藝。

3 主要工作部件設(shè)計(jì)及工作原理

3.1 球頭刀

球頭刀的設(shè)計(jì)主要是為了完全包裹果實(shí)，在球頭刀的周圍嵌入刀片，刀片可以自行替換。

3.2 防滑可伸縮手柄

防滑可伸縮手柄的設(shè)計(jì)主要有防止手柄滑動(dòng)和根據(jù)自身需要調(diào)節(jié)刺梨采摘器長(zhǎng)度兩方面作用。

3.3 收集管

球頭刀剪下刺梨果實(shí)后，刺梨會(huì)沿著收集管內(nèi)側(cè)到達(dá)收集管內(nèi)，收集管的兩側(cè)用布連接，防止收集到的果實(shí)在收集管張開(kāi)時(shí)掉落，這樣就可以對(duì)采摘好的刺梨進(jìn)行統(tǒng)一收納。

3.4 工作原理

便攜式變徑球形刺梨采摘器是根據(jù)杠桿原理設(shè)計(jì)的，只需手握手柄使球頭刀完全包裹刺梨即可采摘，剪切省力，更換刀片輕松簡(jiǎn)便，刀口鋒利，切口平整，可最大程度地減少對(duì)植物的損壞。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 收集管

傳統(tǒng)的剪刀只能對(duì)樹(shù)枝進(jìn)行簡(jiǎn)單修剪，但該裝置的收集管一頭連著手柄，一頭裝有球頭刀，當(dāng)球頭刀完全將刺梨果實(shí)包裹起來(lái)后再剪下果實(shí)根部的小枝，采摘好的刺梨果實(shí)順著收集管滑到靠近手柄的一端。收集管長(zhǎng)度0.3 m，大約可以裝10～15個(gè)果實(shí)。

4.2 防滑可伸縮手柄

一般的剪刀手柄長(zhǎng)度是固定的，為了達(dá)到省力效果和適應(yīng)作業(yè)人員不同身高的需求，設(shè)計(jì)的這款采摘器手柄可以伸縮，工作時(shí)可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)手柄長(zhǎng)度，以確保采下全部刺梨。

4.3 球頭

為了更方便地采摘不同大小的刺梨果實(shí)，設(shè)計(jì)的這款刺梨采摘器可以變換球頭直徑，同時(shí)可以使采摘好的刺梨順利滑至收集管內(nèi)。這是該采摘器一項(xiàng)最重要的創(chuàng)新。

4.4 采摘器的特點(diǎn)

便攜式變徑球形刺梨采摘器具有以下三大特點(diǎn)：①攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用；②可根據(jù)自身需求任意調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，以適應(yīng)不同高度刺梨果實(shí)的采摘，確保采摘過(guò)程中不遺漏果實(shí)；③剪切省力，刀口鋒利，切口平整，可最大程度地避免損壞植物。

5 小結(jié)

根據(jù)刺梨的生長(zhǎng)環(huán)境及其生長(zhǎng)特性，設(shè)計(jì)出一種集采摘與收集為一體的裝置，其不僅攜帶方便，而且可以滿足在不同環(huán)境下對(duì)刺梨采摘和收集的需要，提高了采摘效率，在采摘的同時(shí)還可以批量收集。該設(shè)計(jì)是采用平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)及杠桿原理，參考剪刀的外形設(shè)計(jì)的，不僅攜帶方便，易學(xué)易用，而且收集裝卸也很簡(jiǎn)便，工作時(shí)省力快捷[9]；大大提高了采摘效率，增強(qiáng)了對(duì)農(nóng)藝要求的適應(yīng)能力，同時(shí)可避免采摘時(shí)導(dǎo)致的刺梨損害。

[1] 嚴(yán)福華.刺梨采收與貯存淺談[J].工業(yè)科技，2013(4).

[2] 范劍勇，王立軍，沈林潔.產(chǎn)業(yè)聚集與農(nóng)村勞動(dòng)力的跨區(qū)域流動(dòng)[J].管理世界，2004(4).

[3] 方修貴，李嗣彪，鄭益清.刺梨的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其開(kāi)發(fā)利用[J].食品工業(yè)科技，2004(1).

[4] 王朝琴.貴州省長(zhǎng)順縣退耕還林刺梨種植工程設(shè)計(jì)[J].森林工程，2016，32(3)：40-42+47.

[5] 周毓.關(guān)于刺梨的藥理研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2006.

[6] 師忠秀.平面連桿機(jī)構(gòu)的桿組法運(yùn)動(dòng)分析及仿真[D].青島大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，2004.

[7] 鄧白云.中國(guó)民用杠桿工具中的傳統(tǒng)造物智慧研究[D].汕頭：汕頭大學(xué)，2011.

[8] 苗振坤，郭克君，滿大為，等.專用采伐清林機(jī)伐木工作頭的設(shè)計(jì)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2015，43(12)：11-13.

[9] 徐灝，邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

(責(zé)任編輯 張雅芳)

Design of A Portable Variable-diameter Spherical Rosa Roxburghii Picker

LEI Qian， Yang Yong-fa

(School of Transportation and Machinery Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China)

Coupled with the unique terrain and labor resource status on Yunnan-Kweichow Plateau and the plateau in West Sichuan，a scalable variable-diameter spherical rosa roxburghii picker has been developed，and it can not only reduce labor intensity but also greatly increase work efficiency.

picker；rosa roxburghii；portable；design

2016-09-21

雷 倩(1990-)，女，陜西渭南人，碩士研究生，主要從事農(nóng)林機(jī)械設(shè)備機(jī)械自動(dòng)化方面的研究，E-mail：18700838451@163.com。

S776

A

2095-2953(2017)03-0026-03