摘要：設(shè)計了一種小型的自動化水果農(nóng)用機械，能夠自動夾持并振動長滿成熟櫻桃的果枝，并通過一種類似雨傘的可收放機械收集機構(gòu)，收集振動掉落的櫻桃熟果。

關(guān)鍵詞：櫻桃采摘;振動果枝;傘狀收集器;自動化農(nóng)業(yè)機械

中圖分類號：TH69? 文獻標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）05-0037-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.05.010

引言

包含車?yán)遄拥仍趦?nèi)的廣義的櫻桃類漿果，是世界各國常見的一種備受歡迎的水果。櫻桃的采摘所耗費的成本可達到總生產(chǎn)成本的40%左右，傳統(tǒng)的人工采摘費時費力，人工費用很高。而自動化的采摘機械可提高櫻桃果樹的采摘效率，還有利于林果類公司向智能化轉(zhuǎn)型[1]。

櫻桃的自動化采摘機械，在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是德國。目前有據(jù)可查的德國最先進的櫻桃采摘機，是一種由拖拉機或其他小型內(nèi)燃機農(nóng)用運輸設(shè)備拖動的分解動力機械。農(nóng)用車輛在停車掛空擋后，內(nèi)燃機可以通過機械換擋，先后分解動力到兩個獨立的部分：收集器和振動臂。德國櫻桃采摘機收集器比較簡單，類似于中國古代書生的折紙扇，收集器由若干可旋轉(zhuǎn)的扇骨覆以可拉伸和收卷的尼龍布組成。內(nèi)燃機正轉(zhuǎn)帶動扇形收集器圍繞櫻桃樹主樹干展開，內(nèi)燃機反轉(zhuǎn)可以收回扇骨及承接尼龍布。德國櫻桃采摘機收集器展開后，內(nèi)燃機動力切換至振動大臂。振動臂采用人手工操作剛性機械大臂夾持櫻桃樹主干，車輛馬達產(chǎn)生動力振動樹干，樹干的高頻振動可使成熟的櫻桃掉落至承接收集器。但研究發(fā)現(xiàn)，這種收集器的設(shè)計不適用于較高的櫻桃樹，而且振動樹干會對櫻桃樹的壽命產(chǎn)生影響。

1? ? 振動式采摘機械的研究現(xiàn)狀

目前，林果業(yè)廣泛采用振動式機械進行果實采摘，采摘效率大約是人工采摘的10倍[2]。

振動式機械采摘的基本原理：振動裝置夾持果樹樹干，樹干在外力作用下做加速運動，果樹受到慣性力開始做振搖運動，同時將力傳遞到果實和枝干的連接處，當(dāng)連接處斷裂時，果實就從果樹脫落。

根據(jù)振動裝置結(jié)構(gòu)的不同，采摘機械主要有以下3種類型[3]：氣力式、撞擊式和振搖式。不同類型采摘機械的特點如表1所示。

2? ? 一種新的櫻桃采摘機設(shè)計原理分析

櫻桃樹結(jié)果特點如下：

（1）櫻桃果距離地面高度一般在1.5～3 m，如果有合適的承接機構(gòu)，下落高度也就是1 m左右。

（2）櫻桃果成熟時很容易自動掉落，因此收集時只需低頻振動樹干即可采摘大部分熟果，而且振動力量不用太大，不會傷及樹干。

（3）剛采摘的櫻桃有一定的防撞性，輕微的碰撞一般不會對水果質(zhì)量產(chǎn)生損害。

因此，本設(shè)計仍分為收集器和振動器兩部分，但改善了機械設(shè)計結(jié)構(gòu)。

3? ? 櫻桃枝采摘機的收集器設(shè)計

櫻桃收集器可以參照一個反狀雨傘設(shè)計，但分為左右兩部分，更方便受果、卸果。圖2所示為櫻桃滑塊連桿擺桿式收集器完全打開的狀態(tài)，原理同一般的雨傘結(jié)構(gòu)，但是修改建模了新的滑塊—連桿—擺桿機構(gòu)，使收集器張開時更像一把反向張開的雨傘。

圖2中，收集器由左、右升降液壓缸5和6分別帶動左、右升降液壓臂7和8，推動左半圓滑塊和右半圓滑塊10上下運動。如圖2、圖3所示，左、右滑塊呈半圓環(huán)狀態(tài)，抱在收集器的主梁11上，在液壓動力下做上下運動。每個滑塊各有三組推力桿12，通過三組滑塊固定絞支鏈13與左、右半圓滑塊相連。同時推力桿12又通過移動絞支鏈15與收集支桿16相連。收集支桿16又通過主梁固定絞支鏈17連在主梁11上來回轉(zhuǎn)動。主梁11上端和收集支桿16上覆蓋一層與雨傘布構(gòu)造類似的塑料或減振尼龍布18。

4? ? 櫻桃枝采摘機的振動器設(shè)計

果枝振動器采用車輛操作員手動調(diào)整的方式對準(zhǔn)采摘位置，手動調(diào)節(jié)振動臂的高度后車輛馬達產(chǎn)生振動力。不同于德國設(shè)計，本文振動器振動的對象是櫻桃樹的主枝，而不是樹木的主干。振動器由圖4中卡爪高度調(diào)節(jié)器1（可調(diào)節(jié)振動臂的伸出高度）、低頻振動氣缸2（馬達驅(qū)動其左右伸縮振動5次/s）、上下振動臂3（剛性軸桿）、三爪樹枝夾持裝置4組成，可自選夾持櫻桃枝結(jié)構(gòu)。

當(dāng)農(nóng)用車開到櫻桃樹下合適位置時，操作者手動操作卡爪高度調(diào)節(jié)器1將三爪樹枝夾持裝置4對準(zhǔn)要夾持的櫻桃樹主枝高度。首先操作收集器至完全張開，以便承接收集;然后車輛馬達掛空擋可以轉(zhuǎn)接動力至低頻振動氣缸2，通過上下振動臂3帶動三爪樹枝夾持裝置4夾持櫻桃樹主枝上下振動，以達到脫果的效果。

5? ? 系統(tǒng)設(shè)計功能分析

如圖2至圖4所示，本系統(tǒng)有兩組三個氣壓驅(qū)動裝置，可以采用一個動力源，如農(nóng)用車馬達。原理如下：農(nóng)用車停車后，首先操作者手動操作氣動缸升降器將三爪樹枝夾持裝置對準(zhǔn)要夾持的櫻桃樹主枝，然后利用農(nóng)用車空擋馬達帶動左、右兩個升降液壓缸，同時推動左半圓滑塊和右半圓滑塊向上運動;當(dāng)左右滑塊到達滑塊上限位開關(guān)21時，液壓缸停止工作，此時推力桿上推支桿帶動雨傘狀減振尼龍布完全打開呈收集狀態(tài);此后操作者切換農(nóng)用車馬達帶動振動器氣缸做上下活塞運動，開始振動櫻桃果枝，采摘收集熟果。

當(dāng)櫻桃果振動收集完成后，農(nóng)用車馬達換擋振動器氣缸至帶動左升降液壓缸向下首先回收，如圖4所示，收集器左氣缸處于回收狀態(tài)，右氣缸處于伸張狀態(tài)。左滑塊下降到行程下限開關(guān)20，右滑塊上升到行程上限開關(guān)21。當(dāng)左升降液壓缸下降至滑塊下限位開關(guān)20時，左邊三組減振布收集器折疊回收完成，而收集器右邊部分繼續(xù)在上限開關(guān)處，呈收集張開狀態(tài)。在左半部分回收時，大部分櫻桃自動從收集器滑落。此處需要用戶自行安排收集裝箱設(shè)備，也可以采用人力或其他自動化設(shè)備，將收集器內(nèi)收集的櫻桃倒出。同理，左半部分收集器整理完成后，右半部分氣缸回收，將所有收集器內(nèi)的櫻桃倒出。

6? ? 結(jié)語

櫻桃引進中國后已久經(jīng)栽培，改革開放后，在市場經(jīng)濟體制下，國內(nèi)引進的品種頗多且不斷變化，但果實的大小區(qū)別不大。除了供食用外，櫻桃果也可釀櫻桃酒，枝、葉、根、花還可供藥用[7]，還可將收集過程中有破損的櫻桃加工制作成櫻桃醬、櫻桃汁和果脯。在很多地方，櫻桃是高檔菜肴配料。僅僅在山東煙臺，自2011年開始，就在連續(xù)的4年內(nèi)打造了16個市級大櫻桃示范基地，建設(shè)了2個農(nóng)業(yè)部“菜籃子”標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)示范基地。2016年，煙臺大櫻桃栽培面積達205 km2（30.8萬畝），居中國第二位，產(chǎn)量17.6萬t，居中國第一位，因此櫻桃的農(nóng)用機械有著較高的開發(fā)價值。

[參考文獻]

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[3] 陳澤斌.振動式林果采收技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].機械工程師，2021（1）：21-24.

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[7] 李振銘.煙臺櫻桃品牌化策略研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2018.

收稿日期：2021-12-27

作者簡介：張愛云（1980—），女，山東東阿人，工學(xué)碩士，研究方向：機電設(shè)備技術(shù)。