果园护理与采摘设备的创新设计研究

李文青

摘要：伴随着国家果园种植面积的扩大，果园的规模化发展将会得到更广泛的推广，规范化管理的要求也越来越具体，果园机械化管理也变得越来越重要。现在果园普便状态是分散栽培，分化管理，大型现代果园很少，机械化设备不普及，果园护理和采摘效率低。因此，本文首先对现有果园护理与采摘设备进行调研，然后对果园与采摘设备进行创新设计。以期改善工作人员的工作方式，保证作业人员的身心健康。

关键词：果园;护理;采摘;设备创新设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2021）03-0155-02

1现有设备及工作场所特征

目前，果园的主要工作有除草、施肥、套袋和采摘工作。果园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业，或者人工直接徒手攀爬果树进行作业，生产效率低、劳动强度大。部分果农会选择使用撑袋辅助设备进行撑袋，但这种简易装置只能起到微弱的作用，装置没有考虑不同树层之间的应用，对于顶层果实的套袋，仍然需要借助不同种类的登高工具，搬运登高或者攀爬果树完成套袋工作，这种方式效率较低且存在一定风险。

果园的水果采摘方式最普遍的仍然是手工采摘，手工采摘存在一定优势，可以针对性地摘取果实，轻拿轻放，对果实损害较小，但对于高处的果实需要借助辅助设备，例如梯子、板凳，依靠工具摘取树层顶部分布的果实。如果果农想要摘取另一个地方的果实，需要搬运梯子等登高设备，转移到另一个位置，重新调整登高工具的位置，这在无形中增加了劳动成本和时间成本，降低了工作效率。还有一些操作人员为了节约时间，会选择不借助其他工具直接爬上果树来完成采摘工作，这对操作人员的人身安全构成威胁，同时也会对果树造成不同程度的损害，影响来年果实的收成。

2果园护理与采摘设备的创新设计调研分析

2.1使用人群分析

种植苹果的果农们老龄化现象也越来越突出，大约70%的苹果种植者超过50岁。由于劳动力走向城市，都是留守的妇女和老人从事果园的管理工作。

2.2使用环境与工作行为分析

现有成龄苹果园主要是在20世纪80至90年代栽植的，其中90%以上的果园采用乔砧密植栽培模式，现正处于旺盛结果期。但是乔砧密植在管理方面也存在诸多问题：（1）因为品种决定树体本身比较高，所以修剪工作会存在一定的难度;（2）树与树之间产生交接会导致果园内透光条件较差，病虫害的发生机率很大，果品品质不能得到很好的保障;（3）果树之间的距离也限制了较大型机械设备的使用，机械操作存在诸多需要改进的方面。随着科学技术的发展，果树栽培制度的变革，现代新型果园也为机械化作业设备管理果树提供了便利条件。

采摘之前果农需要准备水果采摘工具，如篮子、水果篮、梯子和运输车辆。水果篮应装满麻袋片、软袋或塑料泡沫等软性材料，梯子需坚固并且要求能够到达树顶。果农随身携带提篮或者可以背在身上的布袋，低矮的一层苹果直接采摘或者弯腰采摘，高一层的苹果通过梯子（或者凳子）和采摘工具的辅助来进行采摘。在苹果采摘中，部分果农借助摘果器，人可以不用登高摘取顶层的苹果，但缺点是每一次摘取苹果后要收缩杆长将苹果放入篮中，采摘的效率较低。

3果园护理和采摘设备的创新设计思路

3.1升降平台设计

根据提升臂的结构，升降平台类型可分为伸缩臂式、折叠臂式、混合式、垂直升降式4 种。本文所做研究旨在帮助果农更轻松便捷地完成果园护理和采摘的工作，使果农在完成树层顶部作业时更加安全和有效，方便调节到达树层的工作位置，改进现有升降平台所存在的问题，使其更适应果园化生产。伸缩臂式结构工作高度比较高，范围可达60—100米，但它的驱动装置比较复杂;折叠臂式作业平台适合完成低空作业，结构灵活多变，通过折臂的运动变化可以更精确的将工作人员送达至工作位置，达到适合的高度，工作高度一般在25米以下;混合型作业平台融合了伸缩臂结构和折叠臂结构两种结构的优点，可以更精确的到达作业高度，也可以更灵活的变更作业位置，但它的结构相比前两种结构也要更加复杂，占地面积更大;垂直升降式作业平台作业方向仅仅限制在垂直方向，但它的结构相比其他结构要更加简洁。为了满足果园特殊地形，根据苗木高度以及人体尺寸，对平台进行小型化处理，方便设备在植株之间的移动行走，躲避果树伸展出的枝杈，所以选取运动范围相对较小的垂直桅杆式升降方式。

3.2尺寸设计

考虑果园果树株距及作业空间要求，设置产品的外观尺寸为长度1200毫米，宽度为650毫米，高度为1000毫米。工作平臺尺寸为长度780毫米，高度为1150毫米，宽度为650毫米。随着离地间隙的增加，作业平台的通过性能也需逐渐提高，离地间隙过大会造成平台倾覆。结合作业平台的使用环境和空间，在保证平台顺利通过的基础上尽量降低平台高度，设置平台离地距离约为160毫米。

3.3最小使用质量与载重量设计

最小使用质量是指车本身的重量加上一位操作者的重量。为了能够更好地满足果园工作空间与环境，要使得作业平台的结构更加轻量化，初步估计作业平台的整机结构质量为400千克。人的质量范围在50至150千克，最小使用质量范围为450千克至550千克之间。

一箱苹果有大箱和小箱，重量小一点的有5千克或8千克左右，大的一箱重量也有10到15千克左右，假设平台采摘时工作平台可暂时存放3箱大箱苹果，所以采摘的苹果重量约为45千克。考虑其他附加质量电机润滑油和冷却水及液压油质量约为43千克，20千克的工具质量，所以平台载重量约为553千克至653千克之间。

3.4材质与配色设计

为了减小高空作业平台的质量，除了改进平台的结构设计外，还可以采用高强度、低比重的材料来制造高空作业平台。与用户直接身体接触的部分，如按键、扶手等，可以使用工程塑料、硅胶材料等材料。一方面可以实现材质和色彩的结合，起到引导用户操作的作用;另一方面也可以缓解操作设备单一材质带来的枯燥感、单调感和冷漠感，使用户的操作更加舒适，使用时心情也会更加轻松愉悦。

配色方面，主要考虑通过配色引导用户的使用行为，提升产品的易用性。不同的色彩会给人不同的情感体验，例如高明度色彩会使物体显得更大，也更加轻快富有动感;金属的颜色给人材质感;鲜艳的颜色令人兴奋和快乐;沉静的颜色给人朴素与忧郁的感覺。颜色的选择不是任意的，它的基本点是从商品的实际功能和产品的实际环境出发。

4果园护理与采摘设备的创新设计实践

结合以上调研进行果园护理与采摘设备的创新性实践，产品以蓄电池为动力源，采用控制器控制的半自动控制方式，在液压驱动的轮式底盘上搭载桅杆式的升降平台。

该果园作业平台的主要特点是：整机结构合理布置，作业平台体积保持在合理范围内，尺寸较小更容易在植株之间进行作业;以电动机作为该升降平台的动力来源，效能更高，环保性能更好;在平台两侧设置蛙式支腿，保证使用时平台的稳定性;采用轮式行走机构，更容易适应果园相对平缓的地形，控制简单，缓冲性能较好;液压传动装置可以实现无极变速，使得平台上升下降时更稳定，保证作业人员的安全;更加具体考虑果农工作时的工作状态，分析采摘时的工作方式，避免工作过程中的大幅度动作，减轻作业人员的疲劳;考虑用户心理的基础上配置产品色彩，提升使用时的愉悦感。

在考虑使用环境和作业需求尺寸的基础之上，渲染效果图如图1、图2所示。升降平台设备的细节设计如图3所示，平台前侧是用来存放苹果的空间，可以放置苹果箱，使用者在采摘苹果后，可以不用弯腰直接放在苹果箱里，减少了劳动强度。

如图3所示，储存果实的空间采用可以推拉的护栏设计，用户才平台之上采摘果实后将其放入果箱里，当箱子满后放入平台下方的储存空间，当用户从平台下来后，将在存储空间侧面的护栏推拉开，将空间内装满水果的箱子抽出，这样设计的原因是从侧面抽出的方式比较省力，推拉式的护栏结构也相对质量较轻，比较容易实现。

根据不同需求，用户可以选择不同色彩的产品，如图4为产品的配色方案。

5结语

随着经济和社会的发展，果园也需要更加规范化和规模化，大中型机械可以提升工作效率，因此将越来越会被广泛的使用。从作业活动本身来看，针对果园所设计的升降平台，更充分考虑了随车工具和果实的存放空间，提升了作业人员的工作效率和操作体验，降低了工作活动中存在的风险，减轻了果园工作中人的劳动强度;从社会价值来说，也提升了果园果品的品质，增加了果农的经济收益，更加有利于果园规范化的管理。