新型电动机械式水果采摘机设计

赵强 赵辉 于嘉琦 盛宇航 唐娟 万腾

摘 要：针对当前我国水果采摘环节机械化程度低的现状，设计了新型电动机械式水果采摘机。该采摘机主要由集果箱、丝杠电机、支撑杆、操控面板、切削刀片、附属结构、连接手柄等部件构成。采摘时，通过操控面板调节装置的高度，并启动微型电机带动转动轴进行快速的转动，使刀片快速旋转切断果柄，完成采摘。该采摘机结构简单，成本低廉，对外界环境干扰小，具有较强的通用性和可操作性，适用于大部分果园采摘，极大减少了劳动强度，提高采摘效率。

关键词：水果采摘；机械；电气；可调

中图分类号：TP242 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.003

基金项目：吉林省大学生创新创业训练项目（201810206012）新型电动机械式水果采摘机的设计

作者简介：赵强（1989-），男，吉林白城人，硕士研究生，讲师，研究方向：机械设计制造，E-mail：376166346@qq.com。

通讯作者：万腾（1986-），男，吉林洮南人，工学硕士，讲师，研究方向：机电控制，E-mail：415980289@qq.com。

0 引言

我国不仅是水果生产大国，同时也是第一消费国。国民对水果旺盛的需求为果园种植业创造了巨大的市场，进而提高了果园机械市场的需求，在整个生产中，采摘果实所耗费的劳动力占据生产过程的一半以上。采摘作业季节性相对强，传统人工采摘的方式不仅易造成果实损伤，同时，采摘不及时也会导致经济上的损失。由于农业劳动力向其他行业转移，人员缺乏，随着老龄化的增长，生产成本不断提高，降低了人们的种植积极性，果园种植业的发展受到了制约。为了节约人力物力，提高果农的经济效益，开展采摘器械的研究有重要意义。

1 现状及意义

我国果园主要是分散栽培、分户管理的小农经济型的种植方式，生产规模小，农民的技术素质偏低，大型机械式采摘器在此种种植形式下难以适用，果实采摘需要高效、通用、简易、低成本的采摘技术，机械辅助半自动采摘机成为了目前采摘器的研究方向。

基于目前水果采摘现状研究设计并制作出此产品。此新型电动机械式水果采摘机旨在对外界环境干扰小、工作可靠方便、通用性强，适用于大多数果园中的水果采摘。在保证制作成本低的情况下，能够提高采摘效率，又不伤及水果本身，因此具有实际意义。

2 总体结构与工作原理

2.1 总体结构

电动机械式水果采摘机总体结构采用机械辅助半自动采摘的形式，手持伸缩杆启动直流电机，带动四角切割刀片快速运转，切断果柄，使水果落入集装箱，导轨电机上下移动可加大集装箱的采集空间，以便收纳更多的水果。同时，备有特殊水果采摘的附属机械结构，通过简单的拆装即可保证不同水果采摘的适用性。

图1 总体设计路线

2.2 工作原理

下面就该机械如何实现水果的采摘以及收集予以说明。

（1）切削结构。工具为带有切削刃的四角刀片，方形框内固定有直流电机，直流电机带动四角刀片旋转完成对果柄的切削动作。框架可以在电机横梁上水平移动，以适应不同大小水果的切削任务。

（2）集果箱结构。当切掉果柄的水果落入到集果箱达到一定数量以后，需要更多的空间来容纳所采摘的水果。丝杠电机上面带有定位滑台，随着丝杠电机的转动滑台随之上下移动，下端的方形集果箱固定在滑台上，上端的方形集果箱利用螺栓联结固定在黄色丝杠电机支架上，也就是说，集果箱的体积大小变化是通过两个方形箱的相对移动来实现的，并且滑台上下移动的距离可以通过程序来控制。

（3）集果箱可以随着支撑杆与竖直方向的角度变化而偏移，实现方式是联结轴，其中丝杠电机支架上面有圆孔，圆孔内有轴承，轴承通过两个垫片进行限位，此设计能够实现集果箱整体在竖直平面内的旋转以适应水果的直线下落。

（4）当角度过大的时候刀片与集果箱会偏离较大角度，导致水果不能完全落入集果箱，甚至直接落在地面上而损伤水果，故在丝杠电机支架上安装了两个限位块，限位块与竖直方向夹角为30°，经过测试检验比较合理。

3 主要部件设计

3.1 附属采摘机构

针对个别水果采摘方式（比如草莓），该附属结构，开口尖端处具有切削刃，可以完成切削，开口逐渐缩小是为了聚拢水果果柄，完成采摘过程。特别说明的是，由于此机构专为特殊水果而设计，故而当用到此机构时，需要拆卸集果箱等结构，以达到轻便的目的。

3.2 电气部分设计

加长杆的顶端装有一个水果篮，在水果篮的一侧安装一个永磁无刷电机，以驱动切割刀片快速旋转。切刀切断果柄，果实落在框架内，切刀自动返回，完成采摘操作；当切割刀片切割时，如果手柄在一个切割操作中很难切断果柄，电机将反向驱动切割刀片回到它的初始位置，然后再次切割，直到水果的果柄被切断。这是一个完整的切割过程。

4 结语

该产品将机械结构和电子控制巧妙地结合了起来，实现半自动控制的采摘功能。通过试验表明：该采摘器结构简单、成本低廉、可靠性高，有较强的通用性和可操作性，适用于大部分果园采摘，能降低劳动强度， 提高采摘效率，有良好的市场前景。

参考文献：

[1] 付荣利.果园采摘机械的现状及发展趋势[J].江西农业科学，2004（12）.

[2] 段文婷，何家成，彭銅杰，等.便携电动式水果采摘机设计[J].中国农机化学报，2015，36（1）.

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