手推式核桃撿拾機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

買合木江·巴吐?tīng)?，楊莉玲，?奎，劉 佳，沈曉賀，朱占江，祝兆帥，馬文強(qiáng)

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆特色林果裝備工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830091)

0 引言

核桃是重要的堅(jiān)果樹(shù)種。核桃含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)和維生素E等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有保健和美容作用，是深受老百姓喜愛(ài)的堅(jiān)果類食品之一[1-5]。

核桃在世界50多個(gè)國(guó)家都有種植，收獲面積排名靠前的國(guó)家有中國(guó)、美國(guó)、伊朗、土耳其和烏克蘭等[4]。我國(guó)是核桃生產(chǎn)大國(guó)，種植面積、產(chǎn)量均居世界第一[6]。我國(guó)核桃的主要栽培區(qū)域?yàn)樵瀑F地區(qū)、西北地區(qū)和華北地區(qū)。核桃種植已成為很多地區(qū)農(nóng)民增收致富的支柱產(chǎn)業(yè)[7]。但是我國(guó)核桃加工相關(guān)研究存在一定滯后性，使得核桃發(fā)展速度受到限制[8]。我國(guó)核桃主要以核桃原果和核桃仁的形式銷售，市場(chǎng)對(duì)核桃品質(zhì)要求高[9]。

核桃果子成熟后會(huì)自然落地，采收季節(jié)由人工打擊落地。落地核桃需要及時(shí)撿拾加工處理，否則會(huì)導(dǎo)致核桃外殼顏色加深、核桃仁發(fā)霉長(zhǎng)毛。核桃撿拾工作季節(jié)性強(qiáng)，勞動(dòng)密集，成本高，耗時(shí)耗力，核桃收獲作業(yè)是核桃產(chǎn)業(yè)全程機(jī)械化和提高核桃品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，為此很多收獲機(jī)械被應(yīng)用到林果收獲作業(yè)[10-12]。

我國(guó)核桃產(chǎn)業(yè)機(jī)械化研究主要集中在核桃采收后的加工機(jī)械化，如核桃脫皮、核桃破殼、核桃殼仁分離和核桃干燥等研究比較多，核桃果園機(jī)械化采收研究還處在初步發(fā)展階段。

國(guó)外目前已基本實(shí)現(xiàn)了林果收獲機(jī)械化。核桃機(jī)械采收的作業(yè)程序一般是由振動(dòng)落果機(jī)將核桃振落，再由集條機(jī)將地面的核桃集中成條，最后由撿拾機(jī)將集中成條的核桃收集實(shí)現(xiàn)核桃收獲。上述機(jī)械一般體積都比較龐大，只適合在農(nóng)場(chǎng)化的核桃園使用，而我國(guó)核桃種植處在發(fā)展階段，大部分核桃種植在山區(qū)，存在行間距不統(tǒng)一、種植分散等問(wèn)題，因此上述設(shè)備不適合在我國(guó)大部分核桃園應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、效率高、能夠減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和可有效撿拾落地核桃的小型新機(jī)具，可為我國(guó)核桃收獲機(jī)械化提供新的技術(shù)思路。

1 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

手推式落地核桃撿拾機(jī)主要由機(jī)架、扶手、彈性?shī)A持機(jī)構(gòu)、導(dǎo)航齒和收集籃等部分組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.扶手 2.拉桿 3.導(dǎo)航齒 4.導(dǎo)航條 5.收集籃 6.彈性?shī)A持機(jī)構(gòu) 7.軸 8.收集籃提手圖1 落地核桃撿拾機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of walnut pick up machine

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

手推式落地核桃撿拾機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters

1.3 工作原理

手推式落地核桃撿拾機(jī)能夠撿拾落地的核桃，并將其放入隨帶的籃子里。整機(jī)作業(yè)時(shí)，操作員將機(jī)器帶入果園，并將扶手稍稍往下壓，使收集籃離地，同時(shí)推著機(jī)器往前走。撿拾機(jī)構(gòu)在地上滾動(dòng)前行，當(dāng)撿拾機(jī)構(gòu)彈齒碰到核桃時(shí)，彈齒在擠壓作用下會(huì)撐開(kāi)將核桃?jiàn)A住，之后被夾住的核桃隨撿拾機(jī)構(gòu)滾動(dòng)，當(dāng)核桃離開(kāi)地面隨著撿拾機(jī)構(gòu)滾動(dòng)碰到導(dǎo)航齒后會(huì)被導(dǎo)航條漸漸擠出彈齒并掉入收集籃中。撿拾機(jī)繼續(xù)前進(jìn)撿拾核桃，收集籃裝滿核桃后一次性提走收集籃，清空后重新安裝到機(jī)器上，從而完成核桃的撿拾收集。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

撿拾部件的原理是模擬人手撿核桃，當(dāng)彈齒碰到地面上的球形硬物時(shí)在機(jī)具本身的重力擠壓作用下相鄰的彈齒撐開(kāi)并抱住球體物從而實(shí)現(xiàn)夾住功能。

由于機(jī)具工作需要隨機(jī)撿拾不同尺寸大小的核桃，因此通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)各種彈性材料，最終選擇邵氏硬度為90HA、韌性持久的橡膠材料，根據(jù)青核桃尺寸，開(kāi)模做出專用彈性?shī)A持片，并套在同一個(gè)軸上疊加成為撿拾機(jī)構(gòu)。撿拾機(jī)構(gòu)可以?shī)A住15～55 mm直徑大小的青核桃。撿拾機(jī)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 撿拾機(jī)構(gòu)Fig.2 Collector

2.2 機(jī)架設(shè)計(jì)

機(jī)架影響整機(jī)靈活性和用戶使用體驗(yàn)。為了使整機(jī)輕量化，機(jī)架由質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的圓管作為主要材料定制成型。

2.3 導(dǎo)航齒設(shè)計(jì)

導(dǎo)航齒作為協(xié)助核桃順利進(jìn)入籃子的主要部件，其尺寸規(guī)格由撿拾機(jī)構(gòu)直徑?jīng)Q定，根據(jù)機(jī)型型號(hào)具有唯一性。材料上選擇質(zhì)量輕、耐用性好的普通塑料定模成型即可。導(dǎo)航齒結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 導(dǎo)航齒示意Fig.3 Schematic of navigation teeth

3 性能特點(diǎn)

手推式落地核桃撿拾機(jī)對(duì)撿拾對(duì)象沒(méi)有過(guò)高要求，只要是尺寸符合撿拾范圍內(nèi)的類球形物體一般都能被夾住。設(shè)備輕巧靈活，機(jī)架和其他零部件均選擇了質(zhì)量較輕的材質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)單人操作。撿拾到收集籃的核桃可以很方便地倒出來(lái)，卸裝不需要任何額外的工具。

4 田間試驗(yàn)

2019年9月，在新疆喀什葉城縣對(duì)核桃撿拾機(jī)樣機(jī)進(jìn)行了田間生產(chǎn)試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)，并對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)率、撿拾穩(wěn)定性和損傷率等參數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)備的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、制造工藝和生產(chǎn)率基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，核桃撿拾機(jī)的生產(chǎn)率300 kg/h，撿拾率>80%。

表2 試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)核桃產(chǎn)業(yè)機(jī)械化率和勞動(dòng)成本的提高，核桃收獲越來(lái)越需要低成本、高效率的機(jī)械設(shè)備來(lái)完成。設(shè)計(jì)的手推式落地核桃撿拾機(jī)能夠有效實(shí)現(xiàn)核桃機(jī)械化收獲，其各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足核桃收獲要求，核桃撿拾率≥80%，撿拾過(guò)程對(duì)核桃損傷小，基本能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。