便攜式水果采摘器設(shè)計(jì)

蔣校輝 李佳偉

摘要：在我國(guó)，有不少是以種植水果來(lái)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的地區(qū)。在水果采摘上，人工成本高。如采摘效率低、耗時(shí)高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、果樹(shù)高度不一采摘不方便等。針對(duì)這種低效率采摘的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)研發(fā)一種便攜式的水果采摘器。該機(jī)器具有便攜、效率高、工作原理簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)。本文主要介紹該水果采摘器的設(shè)計(jì)思路、工作原理及創(chuàng)新點(diǎn)等。

引文：

本項(xiàng)目是2012年湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目1延續(xù)，獲得2017年度湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目2。我國(guó)山區(qū)丘陵地區(qū)面積廣闊且大部分種植果樹(shù)，僅西部地區(qū)果園面積就達(dá)286萬(wàn)公頃，占全國(guó)31%，果品總產(chǎn)量為1837萬(wàn)噸。近年來(lái)，為了轉(zhuǎn)移農(nóng)村勞動(dòng)力，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)民增收，山區(qū)丘陵地區(qū)普遍把勞務(wù)輸出作為發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)、增加農(nóng)民收入的一項(xiàng)重要措施。伴隨著城市勞務(wù)用工需求增加，大量青中年勞動(dòng)力外出務(wù)工，留守在家的勞動(dòng)者主要是老人、婦女、兒童。目前果園用的水果采摘器存在著成本高、使用勞動(dòng)強(qiáng)度大、采摘傷果率高、便攜適用性差等特點(diǎn)，市場(chǎng)急需一款能適用于老人、婦女甚至兒童都能使用的便攜式水果采摘器

一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)背景

市場(chǎng)現(xiàn)狀：

我國(guó)是世界果樹(shù)大國(guó)，栽培歷史悠久，資源豐富，水果和干果達(dá)50余種，是世界果樹(shù)起源最早、種類最多的原產(chǎn)地和世界著名果樹(shù)古國(guó)之一。水果生產(chǎn)作為一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)，在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位已十分重要，在很多地區(qū)已成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。50 年代以來(lái)，我國(guó)水果業(yè)發(fā)展較快，尤其是80年代中后期以來(lái)，水果業(yè)進(jìn)入了迅猛發(fā)展時(shí)期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1995年全國(guó)水果總產(chǎn)值達(dá)750多億元，僅次于糧食和蔬菜，在種植業(yè)中居第三位。目前我國(guó)果樹(shù)種植面積達(dá)847萬(wàn)公頃，產(chǎn)量達(dá)5000多萬(wàn)噸，占世界水果總產(chǎn)量的11-12%。蘋(píng)果、柑桔、梨和香蕉四大主栽果品占總產(chǎn)量的70%以上，其中蘋(píng)果占35%左右。

我國(guó)水果采摘工具市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)水果采摘工具產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目投資逐漸增多。投資者對(duì)水果采摘工具市場(chǎng)的關(guān)注越來(lái)越密切，這使得水果采摘工具市場(chǎng)越來(lái)越受到各方的關(guān)注。

二、設(shè)計(jì)思路

1、設(shè)計(jì)的水果采摘器的采摘對(duì)象為蘋(píng)果、梨、柑橘等?？紤]到不同水果的果樹(shù)的高度不一，所以設(shè)計(jì)時(shí)桿體采用升縮桿的形式。

2、通過(guò)拉線帶動(dòng)刀具剪斷果實(shí)的梗，考慮到松掉拉線時(shí)刀具要恢復(fù)原位，所以設(shè)計(jì)時(shí)采用彈簧刀具。

3、因?yàn)槔€與升縮固定，而且需要傳遞力，我們選擇普通鍍鋅碳鋼自行車剎車?yán)€，該拉線使用壽命長(zhǎng)、成本地，采購(gòu)方便。

4、考慮使用剪刀去剪斷果實(shí)的梗，果實(shí)自由下落，所以在網(wǎng)的設(shè)計(jì)上用能夠讓果實(shí)緩慢下落的通道，故采用長(zhǎng)的，直徑逐漸變小的網(wǎng)。

三、工作原理

如圖所示，采摘時(shí)通過(guò)雙手的配合，一手扶住伸縮桿，一手通過(guò)底端的扳機(jī)帶動(dòng)拉線。拉線采用自行車剎車?yán)€，作為力傳遞的裝置，在手握處會(huì)施加一個(gè)力，通過(guò)拉線作用帶動(dòng)采摘器的剪刀部分剪斷果實(shí)的梗，這樣，果實(shí)便掉在了收集網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)輕松收果。

整體外形圖

四、設(shè)計(jì)方案

（一）考慮到果農(nóng)工作的地點(diǎn)和工作時(shí)間，在保證桿強(qiáng)度的前提下，伸縮桿采用輕質(zhì)鋁合金制成，即減輕了重量，又節(jié)約了成本。伸縮桿共設(shè)置了三個(gè)部分，兩節(jié)為可調(diào)動(dòng)距離部分。將伸縮部位的塑料螺旋旋開(kāi)即可拉伸，旋緊即可固定，并且由實(shí)際情況可進(jìn)行長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)。

（二）（1）收集網(wǎng)上部分網(wǎng)制較寬，下部分較窄，用平滑且有彈性的滌綸布（或者更加彈性的材料）制作，避免采摘水果時(shí)造成水果表皮的擦傷。（2）網(wǎng)布下方為可更換長(zhǎng)短和直徑的緩沖性輸送網(wǎng)，用來(lái)解決收集不同果樹(shù)高度不同和果實(shí)大小不一樣的情況。

（三）.拉線采用自行車剎車?yán)€，因?yàn)樗饷嬗幸粚愉摻z套，相當(dāng)有彎曲的鋼管，中間的鋼絲有外層鋼管的導(dǎo)向，一樣正常伸縮，可以達(dá)到通過(guò)扳動(dòng)扳機(jī)帶動(dòng)刀頭剪切的效果。

（四）刀頭設(shè)計(jì)部分利用我們最常見(jiàn)的剪刀原理，略做改動(dòng)，其中加入彈簧可使刀頭產(chǎn)生復(fù)原剪切效果，利用鋼絲拉線連接，帶動(dòng)其工作。

五、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1.通過(guò)對(duì)輸送網(wǎng)的改進(jìn)，設(shè)計(jì)錐形緩沖結(jié)構(gòu)，減少采摘水果輸送時(shí)對(duì)水果造成損傷，多層緩沖設(shè)計(jì)能讓水果在采集傳送網(wǎng)中減速，以免碰撞造成果肉二次損傷。

2.收集網(wǎng)口處采用透明設(shè)計(jì)的網(wǎng)格狀，可以更為精準(zhǔn)地采集果實(shí)。

3.為了讓果農(nóng)采摘時(shí)更加的輕松，對(duì)該裝置添加一個(gè)省力機(jī)構(gòu)。通過(guò)在伸縮桿上面加一個(gè)掛臂支架裝置來(lái)減輕手臂在工作時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，以達(dá)到延長(zhǎng)工作時(shí)間的目的。

六、總結(jié)

通過(guò)這個(gè)輔助人工水果采摘器，可以在一定程度上提高采摘效率，降低采摘的強(qiáng)度、節(jié)約采摘成本，幫助果農(nóng)更好地采摘水果。該采摘器設(shè)計(jì)的高度可任意調(diào)節(jié)，高矮層次漸進(jìn)進(jìn)行采摘，采果自動(dòng)入筐，不傷果，不上樹(shù)，不傷手，不受地形條件限制。能顯著提高采果速度和效率，減輕果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高水果保鮮效果，減少了水果損傷和爛果損失；保護(hù)了果樹(shù)的原有樹(shù)形和正常生長(zhǎng)，提高了來(lái)年的掛果量，有利于來(lái)年的豐收增產(chǎn)，它將給果農(nóng)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介：蔣校輝（1974一），男，工程碩士，研究方向：機(jī)械制造；

李佳偉（1998一），男，機(jī)設(shè)1603班，研究方向：機(jī)械制造及自動(dòng)化.

【基金項(xiàng)目】2012年湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：xjk012cgd021）；湘教科規(guī)[2012]009號(hào)；

2017年度湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：567號(hào)）湘教通〔2017〕205號(hào).