大型枸杞采摘机振摇系统动力输入方式的选择

马晓燕

摘要：精河枸杞素有“红玛瑙”之称，其果实鲜红、粒大饱满、皮薄肉厚、含糖丰富、药用价值高，颇受消费者青睐。随着地区产业化不断发展，人工采摘枸杞的局限性逐渐体现出来，如何提高枸杞采摘率，实现产业高速发展，就成为现阶段我们需要重点研究的内容。该文主要结合实际情况，就大型枸杞采摘机振摇系统动力输入方式的选择进行了分析，希望通过本次研究对同行有所助益。

关键词：枸杞；采摘机；振摇系统；动力输入；方式选择；精河县

枸杞属于茄科枸杞属，多分支灌木植物，是名贵的药材与滋补品，也是“食药同源”的功能型特产资源。由于枸杞生长具有“无序花序，连续花果”的特点，即开花、结果、成熟同时进行，致使采收工作的难度较大。截至2016年，全县枸杞种植面积累计达17万亩，其中无公害枸杞产地认定和产品认证面积达7.6万亩，创建全国出口枸杞标准化生产基地13万亩。全县枸杞总产量可达2.7万吨，枸杞干果总产值突破5亿元，综合产值达7亿元。

据调查，人工采摘枸杞的效率仅为3-5 kg/h，面积逐年扩大，收获季节用工荒问题日益突出，每年盛果期都有大量枸杞因不能及时采摘而烂在地里，故而人工采摘严重制约了枸杞产业高效优质发展。因此，加快枸杞采摘机械化步伐，用便捷高效的机械化收获替代繁重低效的人工采摘，迫在眉睫，刻不容缓。

一、枸杞采摘机振摇系统动力输入方式对比分析

1、曲柄连杆结构分析

在机体装置上由多柱旋转杆分布着若干橡皮筋和尼龙绳，旋转杆和橡皮条旋转过程中，通过柔性橡皮条连续旋转方式，保证旋转杆能够任意移动，从而将果实碰撞掉脱落在收集器中。其基本特征是机体装置是由一个钢丝软轴通过一个接头和套筒内装置输入转动轴连接在一起，在输入轴一段连接齿轮，套筒和输入转轴固定在机器壳中间位置上，在机壳内部分布了一排多柱旋转杆，在旋转杆上安装了转轮或者齿轮，输入转轴上安装的皮带轮布置有皮带，皮带串联至各旋转杆上安装的转轮。从这个结构可以看出，整个机体结构比较简单，使用也比较方便，采用柔性橡皮条或尼龙绳的旋转，可以降低果实的损伤率和减少枝叶的破伤，整个机体重量较轻，携带也比较方便，成本造价较低，推广比较容易。设备内部设计为12 柱旋转杆来采摘枸杞，可以每小时采摘成熟果实60 kg左右，相当于约人工采摘的20倍，大大提高工作效率。但是该结构和存在明显的缺陷，由于采用柔性橡皮条或尼龙绳旋转，磨损率较高，需要经常更换设备，后期维护成本较高。

2、齿轮结构分析

整个结构属于一种质量不平衡驱动装置构成，如图1所示，其中1代表齿，2代表齿轮，3代表震荡驱动，4为不平衡的质量，5为枝条。α为齿的角度，15°；φ为震荡角度，8.6°；s为振幅45 mm；Rz为齿半径，3000 mm；Rw为有效半径；F为离心力。在整个设备运行过程中果实脱落实际主要取决于质量加速度等因素，机械在借助震荡齿轮的帮助下，枸杞果实被卡在齿间，震荡驱动使得齿轮来回转动，参数如图所示。结果枝上果实的加速度能够达到相应的标准之后，加上果实自身的重量，就能够自行脱落。这种采收机械对于生长所较为统一的枸杞植株才能达到最大收获率，采收机生产能力由可容纳性的果枝量和每个结果枝上采收的果实量综合确定，采收时间过早或者过晚都会对果实质量和损耗率产生影响。同时，这种机械设备在使用过程中容易产生疲劳。

3、偏心轮结构分析

枸杞采摘机主要由电动机、高频发生器、偏心轮、连杆和抓枝器等组成，其工作原理是借助电动机和高频发生器使枸杞树枝发生震动，从而将果实振动摇落。偏心轮结构的枸杞采摘机根据枸杞树体生长特性和结果习性设计出了“梳状”、“排齿”采果头，可保证成熟果实能够采下，而花、青果、叶无损伤。控制系统包括手柄、传动箱、传动系统、调速器等；以蓄电池作为动力源，轻便、易操作，充一次电工作时间可达到20 h以上，可保证全天满负荷运行；设计出了两个“L”接收装置，对接成“U”形装置，收集效果好，成本低；采摘效率达到10kg/h以上，生产效率是人工采摘的5-10倍，采净率在90%以上，采摘的果实无机械损伤，不会对树体生长和产量造成影响。

4、凸轮结构分析

整个结构是由采摘插头、凸轮、电机、机壳和开关组成，如图2所示。枸杞果实脱落质量叶和加速度取决于质量和加速度，将采摘机插入到枸杞枝条中，开启启动键，让插头左右震动，保证果枝上的果实达到必要的加速度，加上果实自身的质量，保证果实脱落，插头左右的震动主要由点击和插头之间凸轮连接实现。这种机械设备同样和齿轮结构的果实采摘机缺点一樣，采收质量受时间影响，震动容易产生疲劳。

二、枸杞采摘机振摇系统动力输入方式选择

结合本地区实际情况，上述四种动力输入方式都会产生震动疲劳，但是从综合采收效率，设备使用寿命来看，偏心轮结构的枸杞采摘机适应性和采摘效率更高，并且能够连续作业20 h以上，果实机械损伤较小，不会对枸杞树生长造成影响。因此，应该选择该种结构形式的枸杞采摘机。2015年在精河县采用偏心轮结构的枸杞采摘机进行采摘实验，每台每小时最少可采摘枸杞10 kg，采净率达到90%，果实破损率不足5%。当地人工采摘每亩枸杞仅采摘费一项达到2250元，应用枸杞采收机每亩采摘费仅为1100元左右，比人工采收节约一半以上，经济校效显著。