新型電動機械式水果采摘機設計

趙強 趙輝 于嘉琦 盛宇航 唐娟 萬騰

摘 要：針對當前我國水果采摘環(huán)節(jié)機械化程度低的現(xiàn)狀，設計了新型電動機械式水果采摘機。該采摘機主要由集果箱、絲杠電機、支撐桿、操控面板、切削刀片、附屬結構、連接手柄等部件構成。采摘時，通過操控面板調節(jié)裝置的高度，并啟動微型電機帶動轉動軸進行快速的轉動，使刀片快速旋轉切斷果柄，完成采摘。該采摘機結構簡單，成本低廉，對外界環(huán)境干擾小，具有較強的通用性和可操作性，適用于大部分果園采摘，極大減少了勞動強度，提高采摘效率。

關鍵詞：水果采摘；機械；電氣；可調

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.003

基金項目：吉林省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（201810206012）新型電動機械式水果采摘機的設計

作者簡介：趙強（1989-），男，吉林白城人，碩士研究生，講師，研究方向：機械設計制造，E-mail：376166346@qq.com。

通訊作者：萬騰（1986-），男，吉林洮南人，工學碩士，講師，研究方向：機電控制，E-mail：415980289@qq.com。

0 引言

我國不僅是水果生產大國，同時也是第一消費國。國民對水果旺盛的需求為果園種植業(yè)創(chuàng)造了巨大的市場，進而提高了果園機械市場的需求，在整個生產中，采摘果實所耗費的勞動力占據(jù)生產過程的一半以上。采摘作業(yè)季節(jié)性相對強，傳統(tǒng)人工采摘的方式不僅易造成果實損傷，同時，采摘不及時也會導致經濟上的損失。由于農業(yè)勞動力向其他行業(yè)轉移，人員缺乏，隨著老齡化的增長，生產成本不斷提高，降低了人們的種植積極性，果園種植業(yè)的發(fā)展受到了制約。為了節(jié)約人力物力，提高果農的經濟效益，開展采摘器械的研究有重要意義。

1 現(xiàn)狀及意義

我國果園主要是分散栽培、分戶管理的小農經濟型的種植方式，生產規(guī)模小，農民的技術素質偏低，大型機械式采摘器在此種種植形式下難以適用，果實采摘需要高效、通用、簡易、低成本的采摘技術，機械輔助半自動采摘機成為了目前采摘器的研究方向。

基于目前水果采摘現(xiàn)狀研究設計并制作出此產品。此新型電動機械式水果采摘機旨在對外界環(huán)境干擾小、工作可靠方便、通用性強，適用于大多數(shù)果園中的水果采摘。在保證制作成本低的情況下，能夠提高采摘效率，又不傷及水果本身，因此具有實際意義。

2 總體結構與工作原理

2.1 總體結構

電動機械式水果采摘機總體結構采用機械輔助半自動采摘的形式，手持伸縮桿啟動直流電機，帶動四角切割刀片快速運轉，切斷果柄，使水果落入集裝箱，導軌電機上下移動可加大集裝箱的采集空間，以便收納更多的水果。同時，備有特殊水果采摘的附屬機械結構，通過簡單的拆裝即可保證不同水果采摘的適用性。

圖1 總體設計路線

2.2 工作原理

下面就該機械如何實現(xiàn)水果的采摘以及收集予以說明。

（1）切削結構。工具為帶有切削刃的四角刀片，方形框內固定有直流電機，直流電機帶動四角刀片旋轉完成對果柄的切削動作?？蚣芸梢栽陔姍C橫梁上水平移動，以適應不同大小水果的切削任務。

（2）集果箱結構。當切掉果柄的水果落入到集果箱達到一定數(shù)量以后，需要更多的空間來容納所采摘的水果。絲杠電機上面帶有定位滑臺，隨著絲杠電機的轉動滑臺隨之上下移動，下端的方形集果箱固定在滑臺上，上端的方形集果箱利用螺栓聯(lián)結固定在黃色絲杠電機支架上，也就是說，集果箱的體積大小變化是通過兩個方形箱的相對移動來實現(xiàn)的，并且滑臺上下移動的距離可以通過程序來控制。

（3）集果箱可以隨著支撐桿與豎直方向的角度變化而偏移，實現(xiàn)方式是聯(lián)結軸，其中絲杠電機支架上面有圓孔，圓孔內有軸承，軸承通過兩個墊片進行限位，此設計能夠實現(xiàn)集果箱整體在豎直平面內的旋轉以適應水果的直線下落。

（4）當角度過大的時候刀片與集果箱會偏離較大角度，導致水果不能完全落入集果箱，甚至直接落在地面上而損傷水果，故在絲杠電機支架上安裝了兩個限位塊，限位塊與豎直方向夾角為30°，經過測試檢驗比較合理。

3 主要部件設計

3.1 附屬采摘機構

針對個別水果采摘方式（比如草莓），該附屬結構，開口尖端處具有切削刃，可以完成切削，開口逐漸縮小是為了聚攏水果果柄，完成采摘過程。特別說明的是，由于此機構專為特殊水果而設計，故而當用到此機構時，需要拆卸集果箱等結構，以達到輕便的目的。

3.2 電氣部分設計

加長桿的頂端裝有一個水果籃，在水果籃的一側安裝一個永磁無刷電機，以驅動切割刀片快速旋轉。切刀切斷果柄，果實落在框架內，切刀自動返回，完成采摘操作；當切割刀片切割時，如果手柄在一個切割操作中很難切斷果柄，電機將反向驅動切割刀片回到它的初始位置，然后再次切割，直到水果的果柄被切斷。這是一個完整的切割過程。

4 結語

該產品將機械結構和電子控制巧妙地結合了起來，實現(xiàn)半自動控制的采摘功能。通過試驗表明：該采摘器結構簡單、成本低廉、可靠性高，有較強的通用性和可操作性，適用于大部分果園采摘，能降低勞動強度， 提高采摘效率，有良好的市場前景。

參考文獻：

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