大型枸杞采摘機(jī)振搖系統(tǒng)動力輸入方式的選擇

馬曉燕

摘要：精河枸杞素有“紅瑪瑙”之稱，其果實(shí)鮮紅、粒大飽滿、皮薄肉厚、含糖豐富、藥用價(jià)值高，頗受消費(fèi)者青睞。隨著地區(qū)產(chǎn)業(yè)化不斷發(fā)展，人工采摘枸杞的局限性逐漸體現(xiàn)出來，如何提高枸杞采摘率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，就成為現(xiàn)階段我們需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。該文主要結(jié)合實(shí)際情況，就大型枸杞采摘機(jī)振搖系統(tǒng)動力輸入方式的選擇進(jìn)行了分析，希望通過本次研究對同行有所助益。

關(guān)鍵詞：枸杞；采摘機(jī)；振搖系統(tǒng)；動力輸入；方式選擇；精河縣

枸杞屬于茄科枸杞屬，多分支灌木植物，是名貴的藥材與滋補(bǔ)品，也是“食藥同源”的功能型特產(chǎn)資源。由于枸杞生長具有“無序花序，連續(xù)花果”的特點(diǎn)，即開花、結(jié)果、成熟同時(shí)進(jìn)行，致使采收工作的難度較大。截至2016年，全縣枸杞種植面積累計(jì)達(dá)17萬畝，其中無公害枸杞產(chǎn)地認(rèn)定和產(chǎn)品認(rèn)證面積達(dá)7.6萬畝，創(chuàng)建全國出口枸杞標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)基地13萬畝。全縣枸杞總產(chǎn)量可達(dá)2.7萬噸，枸杞干果總產(chǎn)值突破5億元，綜合產(chǎn)值達(dá)7億元。

據(jù)調(diào)查，人工采摘枸杞的效率僅為3-5 kg/h，面積逐年擴(kuò)大，收獲季節(jié)用工荒問題日益突出，每年盛果期都有大量枸杞因不能及時(shí)采摘而爛在地里，故而人工采摘嚴(yán)重制約了枸杞產(chǎn)業(yè)高效優(yōu)質(zhì)發(fā)展。因此，加快枸杞采摘機(jī)械化步伐，用便捷高效的機(jī)械化收獲替代繁重低效的人工采摘，迫在眉睫，刻不容緩。

一、枸杞采摘機(jī)振搖系統(tǒng)動力輸入方式對比分析

1、曲柄連桿結(jié)構(gòu)分析

在機(jī)體裝置上由多柱旋轉(zhuǎn)桿分布著若干橡皮筋和尼龍繩，旋轉(zhuǎn)桿和橡皮條旋轉(zhuǎn)過程中，通過柔性橡皮條連續(xù)旋轉(zhuǎn)方式，保證旋轉(zhuǎn)桿能夠任意移動，從而將果實(shí)碰撞掉脫落在收集器中。其基本特征是機(jī)體裝置是由一個(gè)鋼絲軟軸通過一個(gè)接頭和套筒內(nèi)裝置輸入轉(zhuǎn)動軸連接在一起，在輸入軸一段連接齒輪，套筒和輸入轉(zhuǎn)軸固定在機(jī)器殼中間位置上，在機(jī)殼內(nèi)部分布了一排多柱旋轉(zhuǎn)桿，在旋轉(zhuǎn)桿上安裝了轉(zhuǎn)輪或者齒輪，輸入轉(zhuǎn)軸上安裝的皮帶輪布置有皮帶，皮帶串聯(lián)至各旋轉(zhuǎn)桿上安裝的轉(zhuǎn)輪。從這個(gè)結(jié)構(gòu)可以看出，整個(gè)機(jī)體結(jié)構(gòu)比較簡單，使用也比較方便，采用柔性橡皮條或尼龍繩的旋轉(zhuǎn)，可以降低果實(shí)的損傷率和減少枝葉的破傷，整個(gè)機(jī)體重量較輕，攜帶也比較方便，成本造價(jià)較低，推廣比較容易。設(shè)備內(nèi)部設(shè)計(jì)為12 柱旋轉(zhuǎn)桿來采摘枸杞，可以每小時(shí)采摘成熟果實(shí)60 kg左右，相當(dāng)于約人工采摘的20倍，大大提高工作效率。但是該結(jié)構(gòu)和存在明顯的缺陷，由于采用柔性橡皮條或尼龍繩旋轉(zhuǎn)，磨損率較高，需要經(jīng)常更換設(shè)備，后期維護(hù)成本較高。

2、齒輪結(jié)構(gòu)分析

整個(gè)結(jié)構(gòu)屬于一種質(zhì)量不平衡驅(qū)動裝置構(gòu)成，如圖1所示，其中1代表齒，2代表齒輪，3代表震蕩驅(qū)動，4為不平衡的質(zhì)量，5為枝條。α為齒的角度，15°；φ為震蕩角度，8.6°；s為振幅45 mm；Rz為齒半徑，3000 mm；Rw為有效半徑；F為離心力。在整個(gè)設(shè)備運(yùn)行過程中果實(shí)脫落實(shí)際主要取決于質(zhì)量加速度等因素，機(jī)械在借助震蕩齒輪的幫助下，枸杞果實(shí)被卡在齒間，震蕩驅(qū)動使得齒輪來回轉(zhuǎn)動，參數(shù)如圖所示。結(jié)果枝上果實(shí)的加速度能夠達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)之后，加上果實(shí)自身的重量，就能夠自行脫落。這種采收機(jī)械對于生長所較為統(tǒng)一的枸杞植株才能達(dá)到最大收獲率，采收機(jī)生產(chǎn)能力由可容納性的果枝量和每個(gè)結(jié)果枝上采收的果實(shí)量綜合確定，采收時(shí)間過早或者過晚都會對果實(shí)質(zhì)量和損耗率產(chǎn)生影響。同時(shí)，這種機(jī)械設(shè)備在使用過程中容易產(chǎn)生疲勞。

3、偏心輪結(jié)構(gòu)分析

枸杞采摘機(jī)主要由電動機(jī)、高頻發(fā)生器、偏心輪、連桿和抓枝器等組成，其工作原理是借助電動機(jī)和高頻發(fā)生器使枸杞樹枝發(fā)生震動，從而將果實(shí)振動搖落。偏心輪結(jié)構(gòu)的枸杞采摘機(jī)根據(jù)枸杞樹體生長特性和結(jié)果習(xí)性設(shè)計(jì)出了“梳狀”、“排齒”采果頭，可保證成熟果實(shí)能夠采下，而花、青果、葉無損傷?？刂葡到y(tǒng)包括手柄、傳動箱、傳動系統(tǒng)、調(diào)速器等；以蓄電池作為動力源，輕便、易操作，充一次電工作時(shí)間可達(dá)到20 h以上，可保證全天滿負(fù)荷運(yùn)行；設(shè)計(jì)出了兩個(gè)“L”接收裝置，對接成“U”形裝置，收集效果好，成本低；采摘效率達(dá)到10kg/h以上，生產(chǎn)效率是人工采摘的5-10倍，采凈率在90%以上，采摘的果實(shí)無機(jī)械損傷，不會對樹體生長和產(chǎn)量造成影響。

4、凸輪結(jié)構(gòu)分析

整個(gè)結(jié)構(gòu)是由采摘插頭、凸輪、電機(jī)、機(jī)殼和開關(guān)組成，如圖2所示。枸杞果實(shí)脫落質(zhì)量葉和加速度取決于質(zhì)量和加速度，將采摘機(jī)插入到枸杞枝條中，開啟啟動鍵，讓插頭左右震動，保證果枝上的果實(shí)達(dá)到必要的加速度，加上果實(shí)自身的質(zhì)量，保證果實(shí)脫落，插頭左右的震動主要由點(diǎn)擊和插頭之間凸輪連接實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)械設(shè)備同樣和齒輪結(jié)構(gòu)的果實(shí)采摘機(jī)缺點(diǎn)一樣，采收質(zhì)量受時(shí)間影響，震動容易產(chǎn)生疲勞。

二、枸杞采摘機(jī)振搖系統(tǒng)動力輸入方式選擇

結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況，上述四種動力輸入方式都會產(chǎn)生震動疲勞，但是從綜合采收效率，設(shè)備使用壽命來看，偏心輪結(jié)構(gòu)的枸杞采摘機(jī)適應(yīng)性和采摘效率更高，并且能夠連續(xù)作業(yè)20 h以上，果實(shí)機(jī)械損傷較小，不會對枸杞樹生長造成影響。因此，應(yīng)該選擇該種結(jié)構(gòu)形式的枸杞采摘機(jī)。2015年在精河縣采用偏心輪結(jié)構(gòu)的枸杞采摘機(jī)進(jìn)行采摘實(shí)驗(yàn)，每臺每小時(shí)最少可采摘枸杞10 kg，采凈率達(dá)到90%，果實(shí)破損率不足5%。當(dāng)?shù)厝斯げ烧慨€枸杞僅采摘費(fèi)一項(xiàng)達(dá)到2250元，應(yīng)用枸杞采收機(jī)每畝采摘費(fèi)僅為1100元左右，比人工采收節(jié)約一半以上，經(jīng)濟(jì)校效顯著。