果園護(hù)理與采摘設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

李文青

摘要：伴隨著國(guó)家果園種植面積的擴(kuò)大，果園的規(guī)?；l(fā)展將會(huì)得到更廣泛的推廣，規(guī)范化管理的要求也越來越具體，果園機(jī)械化管理也變得越來越重要?，F(xiàn)在果園普便狀態(tài)是分散栽培，分化管理，大型現(xiàn)代果園很少，機(jī)械化設(shè)備不普及，果園護(hù)理和采摘效率低。因此，本文首先對(duì)現(xiàn)有果園護(hù)理與采摘設(shè)備進(jìn)行調(diào)研，然后對(duì)果園與采摘設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。以期改善工作人員的工作方式，保證作業(yè)人員的身心健康。

關(guān)鍵詞：果園;護(hù)理;采摘;設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）03-0155-02

1現(xiàn)有設(shè)備及工作場(chǎng)所特征

目前，果園的主要工作有除草、施肥、套袋和采摘工作。果園的套袋方式最普遍的仍然是手工套袋，主要靠人字梯登高作業(yè)，或者人工直接徒手攀爬果樹進(jìn)行作業(yè)，生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。部分果農(nóng)會(huì)選擇使用撐袋輔助設(shè)備進(jìn)行撐袋，但這種簡(jiǎn)易裝置只能起到微弱的作用，裝置沒有考慮不同樹層之間的應(yīng)用，對(duì)于頂層果實(shí)的套袋，仍然需要借助不同種類的登高工具，搬運(yùn)登高或者攀爬果樹完成套袋工作，這種方式效率較低且存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

果園的水果采摘方式最普遍的仍然是手工采摘，手工采摘存在一定優(yōu)勢(shì)，可以針對(duì)性地摘取果實(shí)，輕拿輕放，對(duì)果實(shí)損害較小，但對(duì)于高處的果實(shí)需要借助輔助設(shè)備，例如梯子、板凳，依靠工具摘取樹層頂部分布的果實(shí)。如果果農(nóng)想要摘取另一個(gè)地方的果實(shí)，需要搬運(yùn)梯子等登高設(shè)備，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置，重新調(diào)整登高工具的位置，這在無(wú)形中增加了勞動(dòng)成本和時(shí)間成本，降低了工作效率。還有一些操作人員為了節(jié)約時(shí)間，會(huì)選擇不借助其他工具直接爬上果樹來完成采摘工作，這對(duì)操作人員的人身安全構(gòu)成威脅，同時(shí)也會(huì)對(duì)果樹造成不同程度的損害，影響來年果實(shí)的收成。

2果園護(hù)理與采摘設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)調(diào)研分析

2.1使用人群分析

種植蘋果的果農(nóng)們老齡化現(xiàn)象也越來越突出，大約70%的蘋果種植者超過50歲。由于勞動(dòng)力走向城市，都是留守的婦女和老人從事果園的管理工作。

2.2使用環(huán)境與工作行為分析

現(xiàn)有成齡蘋果園主要是在20世紀(jì)80至90年代栽植的，其中90%以上的果園采用喬砧密植栽培模式，現(xiàn)正處于旺盛結(jié)果期。但是喬砧密植在管理方面也存在諸多問題：（1）因?yàn)槠贩N決定樹體本身比較高，所以修剪工作會(huì)存在一定的難度;（2）樹與樹之間產(chǎn)生交接會(huì)導(dǎo)致果園內(nèi)透光條件較差，病蟲害的發(fā)生機(jī)率很大，果品品質(zhì)不能得到很好的保障;（3）果樹之間的距離也限制了較大型機(jī)械設(shè)備的使用，機(jī)械操作存在諸多需要改進(jìn)的方面。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，果樹栽培制度的變革，現(xiàn)代新型果園也為機(jī)械化作業(yè)設(shè)備管理果樹提供了便利條件。

采摘之前果農(nóng)需要準(zhǔn)備水果采摘工具，如籃子、水果籃、梯子和運(yùn)輸車輛。水果籃應(yīng)裝滿麻袋片、軟袋或塑料泡沫等軟性材料，梯子需堅(jiān)固并且要求能夠到達(dá)樹頂。果農(nóng)隨身攜帶提籃或者可以背在身上的布袋，低矮的一層蘋果直接采摘或者彎腰采摘，高一層的蘋果通過梯子（或者凳子）和采摘工具的輔助來進(jìn)行采摘。在蘋果采摘中，部分果農(nóng)借助摘果器，人可以不用登高摘取頂層的蘋果，但缺點(diǎn)是每一次摘取蘋果后要收縮桿長(zhǎng)將蘋果放入籃中，采摘的效率較低。

3果園護(hù)理和采摘設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路

3.1升降平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)提升臂的結(jié)構(gòu)，升降平臺(tái)類型可分為伸縮臂式、折疊臂式、混合式、垂直升降式4 種。本文所做研究旨在幫助果農(nóng)更輕松便捷地完成果園護(hù)理和采摘的工作，使果農(nóng)在完成樹層頂部作業(yè)時(shí)更加安全和有效，方便調(diào)節(jié)到達(dá)樹層的工作位置，改進(jìn)現(xiàn)有升降平臺(tái)所存在的問題，使其更適應(yīng)果園化生產(chǎn)。伸縮臂式結(jié)構(gòu)工作高度比較高，范圍可達(dá)60—100米，但它的驅(qū)動(dòng)裝置比較復(fù)雜;折疊臂式作業(yè)平臺(tái)適合完成低空作業(yè)，結(jié)構(gòu)靈活多變，通過折臂的運(yùn)動(dòng)變化可以更精確的將工作人員送達(dá)至工作位置，達(dá)到適合的高度，工作高度一般在25米以下;混合型作業(yè)平臺(tái)融合了伸縮臂結(jié)構(gòu)和折疊臂結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可以更精確的到達(dá)作業(yè)高度，也可以更靈活的變更作業(yè)位置，但它的結(jié)構(gòu)相比前兩種結(jié)構(gòu)也要更加復(fù)雜，占地面積更大;垂直升降式作業(yè)平臺(tái)作業(yè)方向僅僅限制在垂直方向，但它的結(jié)構(gòu)相比其他結(jié)構(gòu)要更加簡(jiǎn)潔。為了滿足果園特殊地形，根據(jù)苗木高度以及人體尺寸，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行小型化處理，方便設(shè)備在植株之間的移動(dòng)行走，躲避果樹伸展出的枝杈，所以選取運(yùn)動(dòng)范圍相對(duì)較小的垂直桅桿式升降方式。

3.2尺寸設(shè)計(jì)

考慮果園果樹株距及作業(yè)空間要求，設(shè)置產(chǎn)品的外觀尺寸為長(zhǎng)度1200毫米，寬度為650毫米，高度為1000毫米。工作平臺(tái)尺寸為長(zhǎng)度780毫米，高度為1150毫米，寬度為650毫米。隨著離地間隙的增加，作業(yè)平臺(tái)的通過性能也需逐漸提高，離地間隙過大會(huì)造成平臺(tái)傾覆。結(jié)合作業(yè)平臺(tái)的使用環(huán)境和空間，在保證平臺(tái)順利通過的基礎(chǔ)上盡量降低平臺(tái)高度，設(shè)置平臺(tái)離地距離約為160毫米。

3.3最小使用質(zhì)量與載重量設(shè)計(jì)

最小使用質(zhì)量是指車本身的重量加上一位操作者的重量。為了能夠更好地滿足果園工作空間與環(huán)境，要使得作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)更加輕量化，初步估計(jì)作業(yè)平臺(tái)的整機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量為400千克。人的質(zhì)量范圍在50至150千克，最小使用質(zhì)量范圍為450千克至550千克之間。

一箱蘋果有大箱和小箱，重量小一點(diǎn)的有5千克或8千克左右，大的一箱重量也有10到15千克左右，假設(shè)平臺(tái)采摘時(shí)工作平臺(tái)可暫時(shí)存放3箱大箱蘋果，所以采摘的蘋果重量約為45千克?？紤]其他附加質(zhì)量電機(jī)潤(rùn)滑油和冷卻水及液壓油質(zhì)量約為43千克，20千克的工具質(zhì)量，所以平臺(tái)載重量約為553千克至653千克之間。

3.4材質(zhì)與配色設(shè)計(jì)

為了減小高空作業(yè)平臺(tái)的質(zhì)量，除了改進(jìn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還可以采用高強(qiáng)度、低比重的材料來制造高空作業(yè)平臺(tái)。與用戶直接身體接觸的部分，如按鍵、扶手等，可以使用工程塑料、硅膠材料等材料。一方面可以實(shí)現(xiàn)材質(zhì)和色彩的結(jié)合，起到引導(dǎo)用戶操作的作用;另一方面也可以緩解操作設(shè)備單一材質(zhì)帶來的枯燥感、單調(diào)感和冷漠感，使用戶的操作更加舒適，使用時(shí)心情也會(huì)更加輕松愉悅。

配色方面，主要考慮通過配色引導(dǎo)用戶的使用行為，提升產(chǎn)品的易用性。不同的色彩會(huì)給人不同的情感體驗(yàn)，例如高明度色彩會(huì)使物體顯得更大，也更加輕快富有動(dòng)感;金屬的顏色給人材質(zhì)感;鮮艷的顏色令人興奮和快樂;沉靜的顏色給人樸素與憂郁的感覺。顏色的選擇不是任意的，它的基本點(diǎn)是從商品的實(shí)際功能和產(chǎn)品的實(shí)際環(huán)境出發(fā)。

4果園護(hù)理與采摘設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐

結(jié)合以上調(diào)研進(jìn)行果園護(hù)理與采摘設(shè)備的創(chuàng)新性實(shí)踐，產(chǎn)品以蓄電池為動(dòng)力源，采用控制器控制的半自動(dòng)控制方式，在液壓驅(qū)動(dòng)的輪式底盤上搭載桅桿式的升降平臺(tái)。

該果園作業(yè)平臺(tái)的主要特點(diǎn)是：整機(jī)結(jié)構(gòu)合理布置，作業(yè)平臺(tái)體積保持在合理范圍內(nèi)，尺寸較小更容易在植株之間進(jìn)行作業(yè);以電動(dòng)機(jī)作為該升降平臺(tái)的動(dòng)力來源，效能更高，環(huán)保性能更好;在平臺(tái)兩側(cè)設(shè)置蛙式支腿，保證使用時(shí)平臺(tái)的穩(wěn)定性;采用輪式行走機(jī)構(gòu)，更容易適應(yīng)果園相對(duì)平緩的地形，控制簡(jiǎn)單，緩沖性能較好;液壓傳動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，使得平臺(tái)上升下降時(shí)更穩(wěn)定，保證作業(yè)人員的安全;更加具體考慮果農(nóng)工作時(shí)的工作狀態(tài)，分析采摘時(shí)的工作方式，避免工作過程中的大幅度動(dòng)作，減輕作業(yè)人員的疲勞;考慮用戶心理的基礎(chǔ)上配置產(chǎn)品色彩，提升使用時(shí)的愉悅感。

在考慮使用環(huán)境和作業(yè)需求尺寸的基礎(chǔ)之上，渲染效果圖如圖1、圖2所示。升降平臺(tái)設(shè)備的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)如圖3所示，平臺(tái)前側(cè)是用來存放蘋果的空間，可以放置蘋果箱，使用者在采摘蘋果后，可以不用彎腰直接放在蘋果箱里，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度。

如圖3所示，儲(chǔ)存果實(shí)的空間采用可以推拉的護(hù)欄設(shè)計(jì)，用戶才平臺(tái)之上采摘果實(shí)后將其放入果箱里，當(dāng)箱子滿后放入平臺(tái)下方的儲(chǔ)存空間，當(dāng)用戶從平臺(tái)下來后，將在存儲(chǔ)空間側(cè)面的護(hù)欄推拉開，將空間內(nèi)裝滿水果的箱子抽出，這樣設(shè)計(jì)的原因是從側(cè)面抽出的方式比較省力，推拉式的護(hù)欄結(jié)構(gòu)也相對(duì)質(zhì)量較輕，比較容易實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)不同需求，用戶可以選擇不同色彩的產(chǎn)品，如圖4為產(chǎn)品的配色方案。

5結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，果園也需要更加規(guī)范化和規(guī)?；?，大中型機(jī)械可以提升工作效率，因此將越來越會(huì)被廣泛的使用。從作業(yè)活動(dòng)本身來看，針對(duì)果園所設(shè)計(jì)的升降平臺(tái)，更充分考慮了隨車工具和果實(shí)的存放空間，提升了作業(yè)人員的工作效率和操作體驗(yàn)，降低了工作活動(dòng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)，減輕了果園工作中人的勞動(dòng)強(qiáng)度;從社會(huì)價(jià)值來說，也提升了果園果品的品質(zhì)，增加了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收益，更加有利于果園規(guī)范化的管理。