便攜式摘果器

許書菡

（金陵科技學(xué)院，江蘇 南京 210000）

便攜式摘果器

許書菡

（金陵科技學(xué)院，江蘇 南京 210000）

便攜式摘果手是解決農(nóng)業(yè)中人工摘果效率低，果樹高，摘果困難等問題的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。本文主要介紹了便攜式摘果手的功能及設(shè)計(jì)，水果采摘行業(yè)的前景。該設(shè)計(jì)利用兩個(gè)微型電機(jī)作為動(dòng)力元件，解決了農(nóng)民在摘果時(shí)，長(zhǎng)期持續(xù)一個(gè)系列動(dòng)作造成對(duì)身體上的傷害。本文介紹了便攜式摘果手的設(shè)計(jì)思路，使用方法。另外，著重介紹了便攜式摘果手的功能、結(jié)構(gòu)和各部件的具體設(shè)計(jì)。通過對(duì)次設(shè)計(jì)的調(diào)試，羅列出許多在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題以及解決方案。本文最后對(duì)該設(shè)計(jì)的應(yīng)用做了總結(jié)，并針對(duì)該課題將便攜式摘果手今后的前景做了一個(gè)展望。

手推車；電動(dòng)控制；保護(hù)果品；采摘工具

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，農(nóng)業(yè)是我們?nèi)祟惒豢扇鄙俚囊徊糠帧８嗲闆r下，人類的生存與發(fā)展則以農(nóng)業(yè)作為堅(jiān)實(shí)的后盾。當(dāng)然在展望美好前景的同時(shí)，我們也需要面對(duì)現(xiàn)實(shí)中不可忽視的一些問題。例如，農(nóng)業(yè)采摘過程中采摘效率較低。那么，如何改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下這一問題？則是國(guó)家乃至整個(gè)人類社會(huì)一直以來討論的話題。在資源極度緊張的情況下，為人類的基礎(chǔ)事業(yè)貢獻(xiàn)一份微薄的力量，是我們這個(gè)世紀(jì)的青年應(yīng)當(dāng)思考和付出實(shí)踐的事情。

結(jié)合國(guó)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與國(guó)內(nèi)果農(nóng)現(xiàn)況，閱讀有關(guān)技術(shù)資料，包括果樹情況等，便攜式摘果手設(shè)計(jì)主體思路是一種手持、輕便，并利用電力驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)提供伸縮和剪刀閉合動(dòng)力的采摘水果的摘果裝置。位于副桿頂端的剪刀通過電機(jī)提供動(dòng)力可以輕而易舉地剪斷果蒂或細(xì)枝條，使被剪刀剪斷果蒂的水果落入袋中，順著傳輸帶落到到橡皮質(zhì)地的減震裝置上，通過袋內(nèi)的彈力裝置，減少了水果在做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，落地的一瞬間產(chǎn)生的動(dòng)力勢(shì)能，減輕了水果的表面碰撞問題。從而保護(hù)了果品的表面完好度，在一定程度上提高了水果的市場(chǎng)價(jià)值。

一、便攜式摘果手的結(jié)構(gòu)和功能

便攜式摘果手?jǐn)y帶方便，果農(nóng)可把便攜式摘果手放置在較小空間內(nèi)，占地面積小，大多用于采摘蘋果，梨子等硬質(zhì)水果。

剪刀（如圖1和圖2所示）：剪斷果蒂，由于在剪刀刀片上弧形設(shè)計(jì)，可以防止果蒂?gòu)募舻渡匣觥?/p>

減速箱（圖3）：逐次降低電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到剪刀開合時(shí)所需的速度。

伸縮桿：控制剪刀的方向，并適應(yīng)高低不同的果樹

蝸輪蝸桿調(diào)速裝置（圖4）：降低電動(dòng)機(jī)的速度及方向，使伸縮桿完成適當(dāng)量的伸縮。

傳輸袋：在采摘過程中，便攜式摘果手有固定的果品下落通道，保證水果能夠順利的落入籃筐中。

水果緩沖裝置：當(dāng)水果穿過緩沖裝置時(shí)，緩沖裝置減緩了水果從高空落下自由落體時(shí)的速度，減少果品從高空墜落的傷害。對(duì)果品有緩沖，不破壞水果的品相。

驅(qū)動(dòng)裝置：以電能驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人力，減少勞動(dòng)者負(fù)擔(dān)，更加人性化。

二、總體方案設(shè)計(jì)

便攜式摘果器如圖5所示，其整體是包括電源、電機(jī)、滾珠絲桿、減速箱、果蒂專用剪刀、連桿機(jī)構(gòu)由外管、內(nèi)管和鎖緊裝置構(gòu)成。當(dāng)電機(jī)一得電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)從而使內(nèi)桿向上傳遞，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制伸縮桿升降的效果。電動(dòng)伸縮桿的上部裝有一個(gè)迷你的電機(jī)以及變速箱，最頂端裝有專用剪刀。在剪刀與伸縮桿之間用鉸鏈鏈接在變速箱里的偏心軸上，并且通過頂端電機(jī)的得電從而控制偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，最終完成剪刀的開合。在整個(gè)過程中，剪刀的控制開關(guān)被放在了推車手柄右端，通過按動(dòng)開關(guān)控制剪刀閉合，而伸縮桿的上下控制按鈕則被設(shè)計(jì)在了推車手柄的左端。使兩種功能開關(guān)分開的原因是為了減少果農(nóng)在摘果時(shí)因混淆開關(guān)而產(chǎn)生錯(cuò)誤操作。

果農(nóng)先推動(dòng)小車（圖6）移動(dòng)至果樹下方，拿起摘果裝置，用手按住手柄左端的上下控制按鈕把伸縮桿調(diào)整到適當(dāng)?shù)母叨龋股炜s桿端部的剪刀對(duì)準(zhǔn)果蒂，踏板控制著剪刀的閉合，當(dāng)果農(nóng)踩下踏板時(shí)，剪刀閉合，水果從而順勢(shì)的落入傳送帶中，在傳送帶內(nèi)部安裝了一個(gè)彈性質(zhì)地的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（緩沖裝置），水果可通過傳送帶首先落到緩沖裝置上，而后又因自身的重力及加速度穿過緩沖裝置。由于水果自由落體時(shí)通過傳送帶中的緩沖裝置減弱了一部分勢(shì)能，當(dāng)水果最終落在果筐之前，已經(jīng)很大程度上減少了撞擊對(duì)水果果品產(chǎn)生的損害。從而保護(hù)了水果的外觀質(zhì)量。推車上籃筐可以拆卸，以便果農(nóng)采果時(shí)，果籃裝滿后替換。

三、電機(jī)控制方案

現(xiàn)在市場(chǎng)上的電機(jī)種類非常豐富，結(jié)合摘果手的設(shè)計(jì)思路與客觀經(jīng)濟(jì)條件，對(duì)市場(chǎng)上的各類電機(jī)進(jìn)行篩選。

電機(jī)是便攜式摘果手最為核心的裝置，作為基本動(dòng)力來源，能直接決定便攜式摘果手的使用效果，結(jié)合便攜式摘果手使用的特性，根據(jù)其啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、使用頻率、超負(fù)荷運(yùn)載等性能需求以及客觀經(jīng)濟(jì)狀況和維修因素選擇電機(jī)。

本次設(shè)計(jì)的便攜式摘果手的電動(dòng)機(jī)的使用特點(diǎn)為頻繁短時(shí)間運(yùn)行、快速啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、承受過載、無調(diào)速要求。依據(jù)電動(dòng)機(jī)類型參照表，直流電動(dòng)機(jī)有著快速頻繁啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、大過載能力、順滑的速度、精切、方便使用、低價(jià)易于保養(yǎng)等特點(diǎn)。故本次便攜式摘果手選用直流電動(dòng)機(jī)。

1.傳輸緩沖裝置

減震裝置配置在傳輸袋中，利用皮筋的彈性，使高空自由落體的水果得到緩沖，以至于不損壞到水果，并且利用皮筋的張力，當(dāng)水果落在橡皮網(wǎng)上，由于水果自身的重力使皮筋之間的距離變大，從而使水果落入筐中。如圖7當(dāng)水果自由落體時(shí)水果向下的重力F1，果品減震裝置對(duì)水果有向上的力F2，F(xiàn)3，向左右的力F5，F(xiàn)6，使落下的水果的動(dòng)能減少。此裝置減少了水果在采摘時(shí)對(duì)水果的碰撞，最大限度的保證了果品的質(zhì)量。

圖7為緩沖裝置的簡(jiǎn)單示意圖，橡皮筋圍成的網(wǎng)略小于平均水果的直徑。例如采摘蘋果時(shí)，橡皮筋圍成的矩形網(wǎng)絡(luò)邊長(zhǎng)大約在60mm左右，一般蘋果的直徑大概在90mm左右，在當(dāng)蘋果下落時(shí)，利用橡皮網(wǎng)的張力，對(duì)蘋果起到緩沖作用，減少了蘋果在落入果筐的一瞬間受到的碰撞。

目前在小型果樹種植戶中，存在生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)力耗費(fèi)量大等問題。以上問題導(dǎo)致水果成本的增加，使我國(guó)果農(nóng)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。果農(nóng)們迫切需要一種可以解放生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)效率的工具。目前市場(chǎng)上有很多種類的采摘工具，大多價(jià)格較高，使用不方便，不易攜帶，更有甚者在采摘時(shí)會(huì)對(duì)果品有較大損傷。

結(jié)語

在許多大型會(huì)議上，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人反復(fù)強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)的重要性，不斷的出臺(tái)關(guān)于農(nóng)業(yè)新的政策，保證農(nóng)民的收入和種植農(nóng)產(chǎn)品的積極性。另一方面，隨著生活水平的提高，人們對(duì)于蔬果等農(nóng)產(chǎn)品的需求量日益增加。這些都不斷推動(dòng)著果樹種植業(yè)的發(fā)展，從而使各個(gè)地方的果樹種植業(yè)逐漸興起，不論城市還是農(nóng)村，人們對(duì)于水果采摘市場(chǎng)的憧憬與熱情變得一發(fā)不可收拾。

便攜式摘果手是面向中小型果樹種植戶的設(shè)計(jì)，價(jià)格低廉，果農(nóng)容易接受，且操作簡(jiǎn)單、方便，在許多的地方有著不可替代的作用。便攜式摘果手利用踏板來代替手動(dòng)施力，在踏板上運(yùn)用了杠桿裝置更減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)力。便攜式摘果手的刀片的設(shè)計(jì)靈感來源于鋸齒，增加果蒂與剪刀直接的摩擦力。在操作的過程中使用便攜式摘果手，可以方便地把果實(shí)采摘下來。

［1］任榮.便攜式摘果器， Portable Fruit collectors： CN， CN 203618386 U［P］. 2014.

S237

A