一種半自動(dòng)蘋果采摘收集機(jī)的研制

戚瑞豐，張凌沖，孫宇航，金忠博，白曉虎

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110161）

我國(guó)是蘋果生產(chǎn)大國(guó)，產(chǎn)量占世界蘋果總產(chǎn)量的65%以上。目前，國(guó)內(nèi)大部分蘋果采用純手工采摘，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。許多果樹的高度超過人工采摘的極限高度，采摘時(shí)需要借助短梯等工具，存在一定的安全隱患?，F(xiàn)有的蘋果采摘機(jī)械或功能單一，或可靠性差、效率不高，難以滿足果農(nóng)的實(shí)際需要。國(guó)外某些發(fā)達(dá)國(guó)家的蘋果采摘機(jī)效率較高，但體型大，價(jià)格昂貴，使用技術(shù)要求較高，不適合我國(guó)的作業(yè)條件。因此，研制一種功能完善、可靠性高、成本低的蘋果采摘機(jī)械，旨在減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和促進(jìn)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 蘋果采摘收集機(jī)工作原理

半自動(dòng)蘋果采摘機(jī)由車體、蘋果夾緊機(jī)構(gòu)、果柄扭斷機(jī)構(gòu)、輸送管道、蘋果均勻分布裝置、蘋果收集箱等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

作業(yè)時(shí)，舉起采摘裝置，按下蘋果夾緊手柄，通過3個(gè)夾持爪的運(yùn)動(dòng)將蘋果夾緊；然后按下夾持爪轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，將蘋果扭轉(zhuǎn)90°，使果柄斷裂。松開手柄后，在彈簧的作用下夾持爪復(fù)位松開，蘋果落下。輸送管道由網(wǎng)兜布制成，在蘋果下落過程中起減速作用。緩沖輸送裝置放在蘋果收集箱內(nèi)，通過分布盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使蘋果在箱內(nèi)均勻分布。當(dāng)一層蘋果裝滿后，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)使分布盤上升到下一個(gè)位置。

2 蘋果采摘收集機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 蘋果夾持裝置

蘋果夾持裝置如圖2所示。

圖1 半自動(dòng)蘋果采摘收集機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structural diagram of semi-automatic apple picking and collecting machine

夾持爪安裝在采摘桿上，拉線一端繞過滑輪與夾持爪連接，另一端與夾緊手柄連接。按下夾緊手柄，通過拉線使夾持爪向里轉(zhuǎn)動(dòng)，將蘋果夾緊。彈簧起到復(fù)位作用。松開夾緊手柄，夾持爪立刻松開復(fù)位，蘋果落入輸送管道。

2.2 果柄扭斷裝置

當(dāng)蘋果夾緊后，按下果柄扭斷手柄，通過拉線帶動(dòng)夾持爪安裝桿旋轉(zhuǎn)90°，使果柄斷裂。松開手柄后，在復(fù)位彈簧的作用下，夾持爪安裝桿回到初始位置，為摘下一個(gè)蘋果做好準(zhǔn)備。果柄扭斷裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 果柄扭斷裝置示意圖Figure 3 Schematic diagram of apple handle breaking device

2.3 蘋果輸送裝置

松開夾持爪后，摘下的蘋果在重力作用下落入輸送管道。輸送管道由網(wǎng)兜布制成，不會(huì)對(duì)蘋果造成損失，且能起到一定的減速作用。蘋果從輸送管道另一端滾出后，落入蘋果分布盤中。

2.4 蘋果均勻分布裝置

蘋果均勻分布裝置（分布盤）由5個(gè)葉片組成，在電機(jī)的帶動(dòng)下緩慢勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖4所示。

圖4 蘋果均勻分布裝置示意圖Figure 4 Schematic diagram of apple uniform distribution device

蘋果由輸送管道滾落時(shí)，隨機(jī)落到某一個(gè)葉片中。每個(gè)葉片用強(qiáng)度較高的鐵絲制作而成，質(zhì)量輕，沿安裝軸轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。當(dāng)葉片下有蘋果時(shí)，葉片一端抬起，使蘋果暫時(shí)不滾下；當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到下面沒有蘋果的位置時(shí)，抬起的一端落下，蘋果沿葉片的斜面滾下。為防止蘋果碰到鐵絲，在鐵絲外面包裹一層緩沖布料。隨著分布盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，蘋果被均勻分布到果箱的各個(gè)位置。當(dāng)一層蘋果鋪滿后，啟動(dòng)升降電機(jī)，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)帶動(dòng)分布盤上升大約一個(gè)蘋果的高度，開始下一層蘋果的均勻分布。當(dāng)果箱裝滿后，換上空的果箱，再將分布盤下降到距離箱底約一個(gè)蘋果的位置。

此裝置起到保護(hù)蘋果的作用，且對(duì)蘋果進(jìn)行分布裝箱，節(jié)省人工裝箱環(huán)節(jié)，大大提高工作效率。

2.5 蘋果分布盤升降裝置

蘋果分布盤升降裝置由直流減速電機(jī)、錐齒輪副和絲杠螺母副三部分組成，如圖5所示。

圖5 蘋果分布盤升降裝置Figure 5 Apple distributing plate lifting device

在分布盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，升降裝置不工作。當(dāng)一層蘋果均勻擺滿后，起動(dòng)減速電機(jī)，通過錐齒輪將動(dòng)力傳輸給絲杠螺母副，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺母移動(dòng)控制分布盤的升降。梯形螺紋的絲杠螺母副具有較好的自鎖能力和傳動(dòng)效率。升降裝置具有較好的自鎖能力，不會(huì)因分布盤產(chǎn)生較大的沖擊力而下降。

3 結(jié)論

半自動(dòng)蘋果采摘收集機(jī)主要由采摘、輸送、收集三部分組成。采摘裝置將蘋果夾緊后扭轉(zhuǎn)90°，使果柄斷裂。輸送部分將蘋果送往果箱，同時(shí)減緩蘋果下落過程中的運(yùn)動(dòng)速度。收集裝置可以防止蘋果磕碰傷，將蘋果在果箱內(nèi)均勻分布。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，適用于果農(nóng)采摘高處的蘋果，大大提高工作效率。