一种便携式菠萝采摘装置的设计

奚秀芳 韦红美 蒋瑜 奚秀凤

（1.广西农业职业技术学院，广西 南宁 530007；2.百色职业学院，广西 百色市 533000；3.南宁市良庆区那平小学，广西 南宁 530000）

目前，水果的采摘主要还是依靠人工。人工采摘所需的成本在水果的整个生产成本中所占的比例相当大，且高枝水果的采摘还带有一定的危险性。菠萝是著名热带水果之一，在我国主要生长于广东、海南、福建、广西、云南等地，多集中在低丘陵地或者平地。菠萝的茎短，叶多数，莲座式排列，剑形，长40-90cm，宽4-7cm，顶端渐尖，全缘或有锐齿，果实生长于顶端。鉴于菠萝的这种特点，人工采摘所需装备要求更高。现有的菠萝采摘装置均为大型装置，装置不方便携带，且大都不可拆卸组装，价格也昂贵、操作困难，只适合有条件的大型菠萝种植户或者公司引进。而对于没有条件配备菠萝采摘装置的农户，目前还是使用手工采摘的方式，手工采摘困难，需要弯腰使用刀割并用手抓取菠萝，带有锐齿的菠萝株叶和果实容易划伤人，且长久工作，腰部酸痛［1］，手部起茧疼痛，不利于菠萝采摘高效、省力和快速进行。鉴于菠萝采摘存在的种种问题，本文设计了一种采摘菠萝装置，该装置是定位于一般种植户，该装置结构简单，小型、轻便、灵活、造价低，适合平地和山地使用，是一款经济实用的采摘装置，与传统的手工劳作相比省时省力。

1 装置总体设计

装置的总体设计主要包括采摘网、具有防掉功能的采摘剪刀装置、除杂枝装置、操作装置四大构件，整体结构如图1所示。

图1 整体俯视图

1.1 采摘剪刀装置

采摘剪刀［2］装置由采摘剪刀图2组成，主要起剪断菠萝杆径的作用，为了能挡住菠萝，把剪刀口的另一端加工成面积在剪刀合拢时面直径略大于采摘网（1）直径，起防止菠萝掉下的作用（如图3所示）。

图2 采摘剪刀装置仰视图

图3 具有防掉功能的采摘剪刀装置俯视图

两片采摘剪刀中间通过螺栓活动连接，两片剪刀的操作部分中间装有弹簧，在弹簧力的作用下可自动张开采摘剪刀，以达到人工省力的目的，通过张开和合拢两片剪刀，达到剪切断菠萝杆径的目标，实现菠萝的采摘。采摘剪刀装置两片剪刀口边做有固定环（202），内设有橡胶带，橡胶带长度等于固定环（202）到固定扣一（203）之间长度，且等于两片剪刀合拢时固定环（202）到固定扣二（204）的长度。当使用采摘装置时，橡胶带置于固定环（202）与固定扣一（203）之间，当不使用采摘装置时，橡胶带置于固定环（202）与固定扣（204）之间，避免剪刀发生误动作合拢误伤到人。

把图2 所示采摘剪刀加工成图3 所示具有防掉功能的采摘剪刀装置（3），在采摘剪刀口另一端做成防掉左板（301）和防掉右板（302），左板（301）和右板（302）合拢时面直径略大于采摘网（1）直径。

1.2 操作装置

操作装置（如图4 所示）是双手握住的部分，用于对采摘剪刀的张开和合拢的控制，且操作装置设为可升降（如图5 所示）的功能，以实现不同高度的人使用该采摘装置。

图4 操作装置

图5 升降装置

操作装置（4）可进行升降，升降结构如图5 所示，底端两侧均固定连接设有安装孔（402），操作装置（4）顶端一侧固定连接设有控制器（401），即开关，用于控制除杂枝装置（5）的小马达，操作装置（4）的安装孔（402）和带有防掉功能的采摘剪刀装置（2）操作部分安装孔（201）通过螺栓固定连接，如图1 所示。

1.3 采摘网装置

采摘网的作用是把菠萝置于里面，当采摘剪刀剪断菠萝杆径时，采摘网挡住菠萝，不让菠萝掉下。采摘网装置如图6 所示。采摘网（1）开口端一侧接出一安装杆，与操作装置（4）连接位置部分的一个小方形小孔镶嵌，使得采摘网（3）不会旋转。

图6 采摘网结构示意图

1.4 除杂枝装置

除杂枝装置（5）顶端固定连接设有旋转板（501），旋转板（501）两端固定连接设有刀片（502），旋转板（501）中间下表面活动连接设有小型马达（503），小型马达（503）底端固定连接设有安装块（504），安装块（504）底端固定连接设有固定孔（505），且与采摘网（1）顶端固定孔（505）通过螺钉活动连接，在安装块（504）处留有两个孔，用于给小马达插上电源；除杂枝装置如图7 所示。简言之，除杂枝装置固定在采摘网上方，由小马达带动两边装有刀片的旋转板转动，带动刀片旋转，以达到除杂枝的功能，小马达的开关置于操作装置的把手上。

图7 除枝装置

2 装置安装

将具有防掉功能的采摘剪刀装置操作部分安装孔（201）与操作装置（4）底端两侧的安装孔（402）通过螺栓固定连接；操作装置（4）连接位置部分的一个小方形小孔与采摘网（1）的一端杆（3）镶嵌，且均为方形，使得采摘网（3）不会旋转；除杂枝装置（5）安装在采摘网（1）顶端，将安装孔（504）卡入安装槽（101）内，将安装孔（504）旋入安装槽（101）一侧，在用螺钉穿过固定孔（505）固定除杂枝装置（5），小马达的开关设在操作装置的（401）位置上；当菠萝果树树枝不茂盛或者萎枯，杂草也不阻挡采摘时，可扭松螺钉把除杂枝装置拆下来。采摘剪刀操作端装置有具有升降功能的操作装置，操作装置的把手上装有除杂枝装置的控制开关。

3 工作原理

在进行菠萝采摘时，给小型马达（503）插上电源，把橡胶从固定扣二（204）取下，置于固定扣一（203）位置上，在弹簧力作用下，具有防掉功能的采摘剪刀（2）和操作装置（4）张开，双手紧握操作装置（4）两端，按下控制器（401），即开关，小型马达（503）转动，拖动旋转板（501）旋转，旋转板（501）带动两端刀片（502）旋转进行杂枝剪切，使装置放到指定采摘位置不受阻碍，再将采摘网（1）罩在菠萝上方，将操作装置（4）合拢，具有防掉功能的采摘剪刀（2）同时合拢，使具有防掉功能的采摘剪刀（2）将菠萝杆径剪断，且挡住菠萝，不让菠萝掉下，然后把整个采摘装置移动到指定位置（如收集框），松开操作装置，采摘剪刀在弹簧力的作用下自动张开，使菠萝掉落到指定位置上，实现采摘功能。在不使用装置时，将橡胶带从固定扣一（203）上取下，固定到固定扣二（204）上，使采摘剪刀（2）闭合，不易伤人。

4 小结

菠萝采摘是生产中的一个非常重要的环节，但目前我国的菠萝采摘机械化程度不高，且种植地形地貌不一，导致我国菠萝采摘工作主要还是依靠人工完成［3，4］，作业劳动强度大，作业质量难以保证。本文的便携式菠萝采摘装置总体设计方案，装置结构简单，小型、轻便、灵活、容易操作，造价低，适合在不同的地貌类型使用，为一般农户实现便携、高效的菠萝采摘提供了可能。同时，该装置也可用于其他植株果蔬，比如西兰花的采摘等。