基于振動(dòng)原理的棗類采摘收獲機(jī)設(shè)計(jì)

陳安焱，陳樹人

（江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

0 引 言

棗含有多種活性成分，具有補(bǔ)氣養(yǎng)血，增強(qiáng)人體免疫力等功能[1]。而且棗樹適應(yīng)性較強(qiáng)，繁殖簡(jiǎn)單，一般栽植后2～3 年即可開始結(jié)果,5～6 年即有相當(dāng)大的產(chǎn)量。大面積種植棗樹可以有效提高土地利用率，提高綠化面積，改善周圍環(huán)境與氣候。

棗樹雖然只是我國(guó)第七大果樹，但棗類卻是全國(guó)第一大干果品種[2]。從山東壽光向西，沿墾利、沾化、無(wú)棣、樂(lè)陵，到河北的鹽山、滄縣、獻(xiàn)縣、青縣，繼續(xù)向東北方向薊天津的靜海等一線，狹長(zhǎng)300 km 的區(qū)域是我國(guó)最大的棗類產(chǎn)區(qū)。

我國(guó)棗類種植面積廣闊，但棗類的收獲主要依賴于人工，采收成本約占生產(chǎn)成本的20%～30%，而且效率比較低，甚至還會(huì)影響棗類的上市。隨著棗類規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠人工收獲已不能滿足棗類產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需求，實(shí)現(xiàn)棗類機(jī)械化收獲已是棗類產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[3]。我國(guó)棗類收獲技術(shù)及裝備水平仍然較低，林果采收機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起步階段[4]。因此，為滿足我國(guó)棗類大面積機(jī)械化收獲作業(yè)需求[5]，結(jié)合棗類產(chǎn)區(qū)種植品種與模式特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一款通用性較強(qiáng)的棗類收獲機(jī)，可一次性完成采摘、收集、清選、分級(jí)等作業(yè)是必然趨勢(shì)。

1 棗類采摘收獲機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

棗類采摘收獲機(jī)整機(jī)主要由收集傘裝置、振動(dòng)裝置、輸送裝置、分級(jí)篩選裝置等組成，可一次性完成采摘、收集、清選、分級(jí)等作業(yè)。

輸送裝置分為前后兩部分，前方輸送部分向外側(cè)延伸，支撐上方收集傘裝置，并在下方設(shè)有承重輪，避免側(cè)翻。后方輸送部分是向斜上方輸出收獲的棗類，內(nèi)部的傳送帶加裝了橫向擋板。

1.2 工作原理

該裝置通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)收集傘下方骨架，從而使傘面展開，包住棗樹樹干。振動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生徑向距離的變化，從而推動(dòng)振動(dòng)支撐桿以振動(dòng)推臂為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)左右擺動(dòng)，通過(guò)撥叉與棗樹樹枝的接觸，拍打樹枝，致使成熟棗類掉落。通過(guò)夾持液壓缸使移動(dòng)撥叉靠近固定撥叉，從而提高撥叉與棗樹樹枝的接觸。成熟棗類掉落到傘面上，通過(guò)傘面上的下漏孔把棗類送到傾斜的清選柵格，清選柵格可以將棗類與掉落的枝葉分離，進(jìn)行初步清選。經(jīng)過(guò)橡膠套轉(zhuǎn)向后將棗類送到傳送帶，傳送帶的動(dòng)力由拖拉機(jī)側(cè)面皮帶輪傳遞提供，傳送帶后方有二級(jí)清選柵格，與前方傾斜清選柵格成90°，并在下方有風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，將枝葉與棗類再次分離。最后棗類進(jìn)入篩選滾筒，將棗類按大小分為三級(jí)并裝集果箱。

2 關(guān)鍵裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 前方傳送部分設(shè)計(jì)

前方傳送部分由收集傘長(zhǎng)骨、收集傘短骨、傾斜匯集臺(tái)、承重輪、前方輸送套、后方輸送套、轉(zhuǎn)向節(jié)、伸縮液壓缸、清選柵格等組成。第一次進(jìn)地收獲時(shí)手動(dòng)調(diào)整好前方傳送部分與收集傘相對(duì)拖拉機(jī)的角度，前方輸送套向前伸出，使收集傘開口前方正對(duì)待收獲的棗樹。工作時(shí)拖拉機(jī)向前行走，收集傘在棗樹下方打開，拖拉機(jī)行走過(guò)程中前方傳送部分與收集傘相對(duì)拖拉機(jī)的角度逐漸變大，前方傳送部分相對(duì)后方傳送部分運(yùn)動(dòng)，距離變短。當(dāng)前方傳送部分與拖拉機(jī)前進(jìn)方向夾角達(dá)到80°時(shí)，收集傘在前方傳送部分上旋轉(zhuǎn)90°，從而使收集傘桿件避開棗樹，使棗樹脫離收集傘。當(dāng)收集傘離開收獲完的棗樹后，由液壓偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)前方傳送部分，使其與收集傘相對(duì)拖拉機(jī)前進(jìn)方向的角度重新恢復(fù)，開始收獲下一棵棗樹。

輸送套下方為清選柵條，傾斜角度為3°，收集下來(lái)的棗可以順利的向后輸送，夾雜的棗樹枝葉可從柵條間隙中掉落到地上，實(shí)現(xiàn)初步的清選。收集傘長(zhǎng)骨長(zhǎng)度為1.2 m，上方收集傘收集面積為4.5

m2，基本可以覆蓋大部分棗樹品種，若某些品種種植距離較小可減小收集傘長(zhǎng)度，以適應(yīng)不同地區(qū)農(nóng)藝要求。

2.2 振動(dòng)叉設(shè)計(jì)

振動(dòng)叉由移動(dòng)撥叉、固定撥叉、主支撐桿、固定橫桿、固定縱桿、夾持液壓缸、夾持彈簧等組成，動(dòng)力由夾持液壓缸提供。

利用拖拉機(jī)自帶的液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，液壓馬達(dá)使振動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)[6]，通過(guò)振動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)使得徑向距離變化，使振動(dòng)支撐桿以振動(dòng)推臂為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)左右擺動(dòng)，通過(guò)撥叉與棗樹樹枝的接觸，達(dá)到拍打樹冠的作用，致使成熟棗類掉落[7]。由夾持彈簧使移動(dòng)撥叉靠近固定撥叉，提高接觸程度，并且能夠使撥叉與枝葉之間的接觸更加牢固、振動(dòng)傳遞效率更高，保證果實(shí)能夠被振落，并且不需要增加振動(dòng)幅度，既可使枝葉受到足夠強(qiáng)度的振動(dòng)，保證果實(shí)能夠振落，同時(shí)避免較大幅度的振動(dòng)造成枝葉的損傷。完成振動(dòng)后由夾持液壓缸將移動(dòng)撥叉推離固定撥叉，以便下次使用。

2.3 分級(jí)篩選裝置設(shè)計(jì)

分級(jí)篩選裝置由滾動(dòng)圈、螺旋分級(jí)柵條、備用集果箱、換箱裝置、集果箱、夾持開關(guān)、匯集筒、減速軟管、風(fēng)機(jī)、導(dǎo)風(fēng)管等組成。其工作原理是風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)吹向分級(jí)柵條，同時(shí)分級(jí)柵條在滾動(dòng)圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)，采摘收集的棗類進(jìn)入分級(jí)柵條，由于分級(jí)柵條的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使其內(nèi)部的棗類充分翻滾，提高篩選速度與準(zhǔn)確率。螺旋分級(jí)柵條先密后疏，尺寸小的棗類先落下，尺寸大的后落出，將棗類按大小分為三級(jí)并裝入集果箱。落出的棗類經(jīng)過(guò)匯集筒、減速套進(jìn)入集果箱，減速軟管為軟質(zhì)橡膠材料，不僅可以使落下的棗類避免撞擊集果箱損傷，還可以通過(guò)減速套的晃動(dòng)避免棗類匯集在一處，出現(xiàn)棗類的堆積現(xiàn)象。后方集果箱當(dāng)達(dá)到一定重量后，打開夾持開關(guān)，將集滿的集果箱放到地面上，從前方再放入一個(gè)空的集果箱繼續(xù)裝箱，進(jìn)而使棗類的收獲實(shí)現(xiàn)連續(xù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

棗類采摘收獲機(jī)為獨(dú)立式機(jī)構(gòu)，可與不同型號(hào)的拖拉機(jī)相配合，而且拆裝方便。利用液壓機(jī)構(gòu)，推動(dòng)收集傘長(zhǎng)骨旋轉(zhuǎn)，使得傘面自由伸張、收縮，全面覆蓋枝冠，防止棗類掉落在外邊。采用偏心形式振動(dòng)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在保護(hù)棗樹的基礎(chǔ)上，施加振動(dòng)晃動(dòng)樹冠，使成熟的棗類脫落，未成熟的棗類仍留在樹枝上。通過(guò)夾持液壓缸與夾持彈簧的伸縮，使移動(dòng)撥叉靠近固定撥叉，從而提高撥叉與棗樹樹枝的接觸，充分拍打振動(dòng)樹枝，提高振動(dòng)效率。

液壓偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)推動(dòng)后方輸送套，可以使前方傳送部分與收集傘相對(duì)拖拉機(jī)的角度可調(diào)，適應(yīng)各種樹木情況以及方便道路行走運(yùn)輸。當(dāng)前方傳送部分與拖拉機(jī)前進(jìn)方向夾角達(dá)到80°時(shí)，收集傘在前方傳送部分上旋轉(zhuǎn)90°，從而使收集傘避開棗樹。當(dāng)收集傘離開收獲完的棗樹后，收集傘相對(duì)拖拉機(jī)前進(jìn)方向的角度重新恢復(fù)，以便收獲下一棵棗樹。

成熟棗類先經(jīng)過(guò)傾斜的清選柵格，進(jìn)行初步的清選。經(jīng)過(guò)傳送帶進(jìn)入篩選滾筒前，還有與前一個(gè)清選柵格相垂直二級(jí)清選柵格，并在下方有風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，進(jìn)行再次清選。分級(jí)柵條先密后疏，將棗類按大小分為三級(jí)并裝入集果箱。當(dāng)后方集果箱達(dá)到一定重量后通過(guò)打開夾持開關(guān)，將集滿的集果箱放到地面上，由換箱裝置從前方再放入一個(gè)空的集果箱繼續(xù)裝箱，進(jìn)而使棗類的收獲實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。