手推式核桃捡拾机设计与试验

买合木江·巴吐尔，杨莉玲，刘 奎，刘 佳，沈晓贺，朱占江，祝兆帅，马文强

(1.新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；2.新疆特色林果装备工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830091)

0 引言

核桃是重要的坚果树种。核桃含有丰富的脂肪、蛋白质和维生素E等营养物质，具有保健和美容作用，是深受老百姓喜爱的坚果类食品之一[1-5]。

核桃在世界50多个国家都有种植，收获面积排名靠前的国家有中国、美国、伊朗、土耳其和乌克兰等[4]。我国是核桃生产大国，种植面积、产量均居世界第一[6]。我国核桃的主要栽培区域为云贵地区、西北地区和华北地区。核桃种植已成为很多地区农民增收致富的支柱产业[7]。但是我国核桃加工相关研究存在一定滞后性，使得核桃发展速度受到限制[8]。我国核桃主要以核桃原果和核桃仁的形式销售，市场对核桃品质要求高[9]。

核桃果子成熟后会自然落地，采收季节由人工打击落地。落地核桃需要及时捡拾加工处理，否则会导致核桃外壳颜色加深、核桃仁发霉长毛。核桃捡拾工作季节性强，劳动密集，成本高，耗时耗力，核桃收获作业是核桃产业全程机械化和提高核桃品质的重要环节，为此很多收获机械被应用到林果收获作业[10-12]。

我国核桃产业机械化研究主要集中在核桃采收后的加工机械化，如核桃脱皮、核桃破壳、核桃壳仁分离和核桃干燥等研究比较多，核桃果园机械化采收研究还处在初步发展阶段。

国外目前已基本实现了林果收获机械化。核桃机械采收的作业程序一般是由振动落果机将核桃振落，再由集条机将地面的核桃集中成条，最后由捡拾机将集中成条的核桃收集实现核桃收获。上述机械一般体积都比较庞大，只适合在农场化的核桃园使用，而我国核桃种植处在发展阶段，大部分核桃种植在山区，存在行间距不统一、种植分散等问题，因此上述设备不适合在我国大部分核桃园应用。

针对上述问题，研究设计了一种结构简单、易操作、效率高、能够减轻劳动强度和可有效捡拾落地核桃的小型新机具，可为我国核桃收获机械化提供新的技术思路。

1 主要结构及工作原理

1.1 结构

手推式落地核桃捡拾机主要由机架、扶手、弹性夹持机构、导航齿和收集篮等部分组成，具体结构如图1所示。

1.扶手 2.拉杆 3.导航齿 4.导航条 5.收集篮 6.弹性夹持机构 7.轴 8.收集篮提手图1 落地核桃捡拾机结构Fig.1 Structure of walnut pick up machine

1.2 主要技术参数

手推式落地核桃捡拾机主要技术参数如表1所示。

表1 技术参数Tab.1 Technical parameters

1.3 工作原理

手推式落地核桃捡拾机能够捡拾落地的核桃，并将其放入随带的篮子里。整机作业时，操作员将机器带入果园，并将扶手稍稍往下压，使收集篮离地，同时推着机器往前走。捡拾机构在地上滚动前行，当捡拾机构弹齿碰到核桃时，弹齿在挤压作用下会撑开将核桃夹住，之后被夹住的核桃随捡拾机构滚动，当核桃离开地面随着捡拾机构滚动碰到导航齿后会被导航条渐渐挤出弹齿并掉入收集篮中。捡拾机继续前进捡拾核桃，收集篮装满核桃后一次性提走收集篮，清空后重新安装到机器上，从而完成核桃的捡拾收集。

2 关键部件设计

2.1 捡拾机构设计

捡拾部件的原理是模拟人手捡核桃，当弹齿碰到地面上的球形硬物时在机具本身的重力挤压作用下相邻的弹齿撑开并抱住球体物从而实现夹住功能。

由于机具工作需要随机捡拾不同尺寸大小的核桃，因此通过反复试验各种弹性材料，最终选择邵氏硬度为90HA、韧性持久的橡胶材料，根据青核桃尺寸，开模做出专用弹性夹持片，并套在同一个轴上叠加成为捡拾机构。捡拾机构可以夹住15～55 mm直径大小的青核桃。捡拾机构示意如图2所示。

图2 捡拾机构Fig.2 Collector

2.2 机架设计

机架影响整机灵活性和用户使用体验。为了使整机轻量化，机架由质量轻、强度高的圆管作为主要材料定制成型。

2.3 导航齿设计

导航齿作为协助核桃顺利进入篮子的主要部件，其尺寸规格由捡拾机构直径决定，根据机型型号具有唯一性。材料上选择质量轻、耐用性好的普通塑料定模成型即可。导航齿结构示意如图3所示。

图3 导航齿示意Fig.3 Schematic of navigation teeth

3 性能特点

手推式落地核桃捡拾机对捡拾对象没有过高要求，只要是尺寸符合捡拾范围内的类球形物体一般都能被夹住。设备轻巧灵活，机架和其他零部件均选择了质量较轻的材质，可以实现单人操作。捡拾到收集篮的核桃可以很方便地倒出来，卸装不需要任何额外的工具。

4 田间试验

2019年9月，在新疆喀什叶城县对核桃捡拾机样机进行了田间生产试验、可靠性试验，并对设备的生产率、捡拾稳定性和损伤率等参数进行了检测。试验结果表明，设备的设计强度、制造工艺和生产率基本达到设计要求。试验结果如表2所示，核桃捡拾机的生产率300 kg/h，捡拾率>80%。

表2 试验结果Tab.2 Test results

5 结束语

随着我国核桃产业机械化率和劳动成本的提高，核桃收获越来越需要低成本、高效率的机械设备来完成。设计的手推式落地核桃捡拾机能够有效实现核桃机械化收获，其各项性能指标满足核桃收获要求，核桃捡拾率≥80%，捡拾过程对核桃损伤小，基本能够满足实际生产需要。