便携式电动水果采摘分级装置的设计

周丽琴

摘要：针对当前我国水果采摘现状，研制一种便携式电动水果采摘分级装置。介绍该装置的结构和工作过程，阐述各主要工作部分的详细设计。该装置结构简单、操作简便、携带方便、安全可靠，可提高采收效率、降低劳动强度，适用于大部分果园。

关键词：水果采摘；水果分级；便携式；结构；设计

中图分类号：S225.93 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）02-0015-03

我国是世界第一大水果消费国，但我国果园生产的机械化水平还处于起步阶段，尤其是水果采收机械化程度低。国内个体果农采收水果主要有以下方式：一是手持式剪切采摘器。利用剪刀进行人工采摘，采摘的果实通过篓子收集，再通过分类孔一个一个进行人工分级。二是基于剪刀的高处采摘。由剪刀柄处的夹持装置夹好水果，利用伸缩式的剪刀剪切果柄，再把剪刀放下，取下水果。三是手抓式摘果器。通过模仿人手的采摘动作，抓住水果后旋转摘果器，使果实和果柄分离。四是一些高校、科研机构设计研制的自动化机械采摘设备，如关节型苹果采摘机械、多功能果园作业机、红枣收获机等，但这些装置在价格、效率、使用便捷等方面都存在不足。本课题研究设计一种水果采摘分级装置，可实现单人采摘、收集并同时分级，适用于苹果、柑桔等水果的高效率采收。

1 水果采摘分级装置总体设计

从采摘、接果、分级、收集4个方面进行水果采摘分级装置的设计。采摘部分是一个手持式电动切割机，结构轻巧、角度可调，使用时打开电源开关使锯片旋转，锯片外部设置有保护罩，保护罩前端阵列开设有若干缝隙，可以伸进密集的树枝中，从不同的方向轻松切断果柄。水果落下进入接果装置，通过接果装置的S形缓冲落到收集及分级装置中，从一个逐渐开大角度的镂空V型导流槽按果径大小被逐个分级，符合相应尺寸的果子会从V型导流槽下方镂空处掉落，进入收集箱中。果农从收集箱中拿出进行过分级的水果，不需要再进行人工分选。收集箱上装有行走装置，可根据果园的地形选用不同的车轮，果农单人就能推拉移动该行走装置。

2 工作过程分析

根据水果采购商的要求，果农在采摘水果后需对水果进行分级。使用本装置时，首先将采摘装置置于水果果柄处，打开握持杆尾部的电源开关，保护罩内切割锯片旋转切断果柄，水果落入缓冲的布管，进入分类V型导流槽，根据果径大小进行分级后落入对应的收集箱中，即完成水果的采摘及分级工作。该装置单人操作即可完成水果采摘、水果收集及水果分级，整体性好，操作便捷。采摘装置与接果装置可拆卸，作业后可以把采摘头的部件分拆下来放入收集箱推走，移动方便。

3 主要部分设计

3.1 采摘装置

使用简单力学原理即可将果子摘下来，一是用勾爪勾住水果整个拉下（或剪刀剪下果柄），二是用锯片切断果柄使果与枝分离。由于用勾爪容易划伤果子，采摘质量无法很好地控制，所以该装置选择用锯片切断果柄。

采摘装置包括握持杆、连接弯头、保护罩、旋转锯片、连接套管、连接弯管、连接块和连接圆环圆（如图1所示）。握持杆前端固定连接有连接弯头，连接弯头下方固定连接有保护罩。保护罩为一空心的半球形状，保护罩前端阵列开设有若干缝隙，旋转锯片位于保护罩内部，且旋转锯片与保护罩的底面相互平行。直流电机固定安装在连接弯头的内部。保护罩下方设有与接果缓冲布管连接的连接圆环，连接圆环后端通过连接块、连接弯管、连接套管与握持杆固定。果柄可以从保护罩的缝隙里通过从而被旋转的锯片切断。

3.2 接果装置

由于采摘的水果距离地面有一定的高度，自动收集水果需要缓冲水果掉下来的动能及重力势能而安全落地，一是用不易变形的铝箔管连接采摘头，二是用柔软的布管连接采摘头。为了保护水果不被损伤，选择用柔软的布管作为接果装置，缝合一小部分侧面把内部改为接近S形，以缓冲水果落下的势能及消耗一部分动能，减小水果与导流槽碰撞时受到的冲力，从而保证水果整体的完整性。

接果装置包括缓冲布管和金属环（如图2所示）。布管的长度方向上间隔设有若干金属环，金属环与布管固定连接；布管上设有若干缝合部，使布管形成接近S形的形状，水果从高处落下时，在布管缝合部缓冲消耗动能，从而减少水果损傷。

3.3 分级及收集装置

水果分级方法很多，要设计一个能完好收集多种水果并对其分级的装置，关键点在于如何分离相应尺寸的水果，提出2种设计方案：一是放置一个倾斜的光滑长板，在上面垂直放置若干横杆，按果径从大到小设置横杆的高度，从而通过横杆挡住落下来的水果，被挡住的果子通过横杆时就会改变运动轨迹，从侧面掉入下方收集箱。二是放置一个V型导流槽，根据不同的水果分级标准制作分级盘，落下的水果掉入导流槽后可根据果径从小到大进行分类。V型导流槽底部是镂空的，两块挡板之间有一定角度，水果在其中运动时重心不断下移，因而能向前滚动，由于存在一定的角度，导流槽开槽距离逐渐增大，大于水果子直径便会使水果落下，掉入下方收集箱。方案一由于横杆的存在，个别尺寸“刚好”的水果会在下滑力的作用下挤入横杆而被卡住；方案二中两板在侧面支撑，不存在卡住的问题，也能实现分级的功能，因此选择方案二的设计。

分级及收集装置由分级装置和收集箱组成（如图3所示）。1） 分级装置包括底部斜板、侧部斜板和端部梯形板。底部斜板的两端分别插入左侧板和右侧板上端的连接口内，底部斜板上开设有从左到右逐渐增大的开口；侧部斜板设有两块，其底部位于开口的两侧且与底部斜板固定连接；端部梯形板设有两块，分别位于开口的两端，其与底部斜板、侧部斜板固定连接；端部梯形板、底部斜板和侧部斜板构成V型斜道。2） 收集箱包括底板、左侧板、右侧板、后端板和若干立板。底板的左右两端分别竖直设有左侧板和右侧板，均固定连接在底板上，底板的后端竖直固定连接有后端板；左侧板和右侧板之间设有若干高度递减的立板，左侧板、右侧板和立板均与后端板固定连接，这样左侧板、立板、右侧板之间形成若干落果空间，不同规格的果实分别落入不同落果空间内，果实可以暂时少量存放在落果空间内，然后及时取出即可。

3.4 行走装置

为了方便行走，在收集箱上安装车轮。可根据果园实际地形选用不同类型的轮胎。

4 结语

便携式电动水果采摘分级装置集水果采摘、收集与分级于一体。该装置安全可靠、操作简便（可单人操作）、携带方便，可实现在复杂农场中对各种水果进行采收，提高采收效率和质量，降低劳动成本，具有一定的推广应用价值。

参考文献

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