涂元明

延邊大學(xué) 吉林延吉 133000

中國(guó)是世界上最大的水果出產(chǎn)國(guó)，居全球13個(gè)產(chǎn)量超1000萬(wàn)噸的國(guó)家之首。水果采收作為果園生產(chǎn)全過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，具有季節(jié)性強(qiáng)和勞動(dòng)密集性的特點(diǎn)。所用的勞動(dòng)力占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程所用勞動(dòng)力的35%到45%，并且人工采摘?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大[1]。對(duì)于那些水果種植面積廣、環(huán)境復(fù)雜的果園，若采用人工采摘，不僅效率低、勞動(dòng)量大并且容易在采摘過(guò)程中造成果實(shí)損傷。如果人手不夠不能及時(shí)采摘還會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失。而采用輔助人工采摘機(jī)械采收能減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省成本、提高效率，并提供更多的利潤(rùn)。加之未來(lái)人口老齡化趨勢(shì)，人工成本必要上升，因此輔助人工采摘必將具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。雖然現(xiàn)如今的市面上已經(jīng)有很多相關(guān)的人工輔助采摘裝置在售賣，但是它們都具有共同的一些缺點(diǎn)，如采摘效率相比于人工并未較大提高，采摘過(guò)程容易損傷水果，特別對(duì)于生長(zhǎng)復(fù)雜的果樹(shù)，普通的輔助裝置的采摘就會(huì)受到很大的限制。針對(duì)以上情況，設(shè)計(jì)了一種新型的人工輔助真空抽氣水果采摘機(jī)。

1 整體方案的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)條件

本文設(shè)計(jì)的裝置用于大中小型果園的水果采摘，水果樹(shù)高大并且較硬的球形水果，如蘋(píng)果、桃子、梨等類球形水果

（1）果樹(shù)高度約2到4米。

（2）采摘水果為球狀，直徑是70MM到110MM[2]。

1.2 整體結(jié)構(gòu)

圖1 整體結(jié)構(gòu)

其中包括無(wú)油真空泵、高、低壓桶部分，控制部分（三通閥）、伸縮部分（分段式工作桿）、采摘執(zhí)行部分（漏斗吸盤(pán)）、過(guò)濾器、移動(dòng)底座(推車)等。

2 主要工作部件的設(shè)計(jì)及工作原理

2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）無(wú)油真空泵：實(shí)現(xiàn)抽氣、排氣功能；（2）高、低壓桶：創(chuàng)造真空環(huán)境；（3）三通閥：能控制抽氣和排氣的開(kāi)關(guān)；（4）分段式工作桿：桿件簡(jiǎn)單進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)節(jié)適合不同高度的果樹(shù)采摘作業(yè)；（5）采摘執(zhí)行部分：實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向水果準(zhǔn)確安全的采摘和放置；（6）過(guò)濾器：過(guò)濾掉灰塵雜質(zhì)，保護(hù)泵里零部件過(guò)快損壞[3]；（7）移動(dòng)底座：將所有零件固定在底座架子上，方便人工搬運(yùn)。

2.2 整體結(jié)構(gòu)原理

本水果采摘裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中包括無(wú)油真空泵、高壓桶、低壓桶、三通閥、過(guò)濾器、漏斗吸盤(pán)、分段式工作桿。其中分段式工作桿是為了完成不同高度的采摘工作而設(shè)計(jì)的。由通電后的無(wú)油真空泵抽取低壓桶內(nèi)的氣體，使桶內(nèi)的氣壓不斷降低形成真空而具有吸力[4]，手動(dòng)將分段桿末端相連的漏斗吸盤(pán)部分對(duì)準(zhǔn)所需要采摘的水果，手動(dòng)打開(kāi)分段桿下端的控制開(kāi)關(guān)，利用氣壓差產(chǎn)生的力吸附水果拉扯采摘。若需將水果放置于收集筐內(nèi)；調(diào)節(jié)閥門(mén)，使分段桿連通高壓桶內(nèi)的高壓氣體（有低壓桶內(nèi)抽取氣體充入高壓桶），產(chǎn)生推力，水果自動(dòng)從末端機(jī)械手中落下，往復(fù)使用。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 分段式工作桿設(shè)計(jì)及材料選擇

為滿足不同高度果樹(shù)的采摘工作，利用三段尺寸分別為100cm，50cm，50cm的鋁塑管實(shí)現(xiàn)操作桿的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。工作桿的一端接入三通閥、另一端接吸盤(pán)機(jī)械手完成采摘工作，選擇鋁塑管這種材料減輕裝置的整體重量，方便果農(nóng)搬運(yùn)及輕松手持。選擇鋁塑管的原因是它是一種由中間縱焊鋁管，內(nèi)外層聚乙烯塑料以及層與層之間熱熔膠共擠復(fù)合而成的新型管道。聚乙烯是一種無(wú)毒，無(wú)異味的塑料，具有良好的耐撞擊、耐腐蝕、抗天候性能。中間層縱焊鋁合金使管子具有金屬的耐壓強(qiáng)度，耐沖擊能力使管子易彎曲不反彈，鋁塑復(fù)合管擁有金屬管堅(jiān)固耐壓和塑料管抗酸堿耐腐蝕的兩大特點(diǎn)。

3.2 控制開(kāi)關(guān)部分設(shè)計(jì)

使用三通閥作為本裝置的控制開(kāi)關(guān)部分。三通閥閥體有三個(gè)口，一進(jìn)兩出，(左進(jìn)，右和下出)和普通閥門(mén)不同的是底部有一出口，當(dāng)內(nèi)部閥芯在不同位置時(shí)，出口不同，如閥芯在下部時(shí)，左右相通，如閥芯在上部時(shí)，右出口被堵住，左和下口通。在這次裝置中左，右，上三個(gè)口分別接入低壓桶，高壓桶和分段式操作桿，從而實(shí)現(xiàn)利用氣壓差采摘水果以及放置水果。若三通閥未配置開(kāi)關(guān)，則可密封連接雙通閥后再裝配其他部件。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）真空抽氣原理的巧妙運(yùn)用，使用范圍廣泛，減少對(duì)水果的傷害，便于采摘。（2）工作桿設(shè)計(jì)為分段式，簡(jiǎn)便調(diào)整合適長(zhǎng)度，亦可分批次采摘。（3）操作者需要合理使用三通閥，靈活實(shí)現(xiàn)對(duì)水果抓放的控制。（4）經(jīng)過(guò)實(shí)地的考察與測(cè)試，我們能成功采摘某些比較偏僻、人工采摘不到地方的水果，且采摘率為100%，并且水果的損傷程度幾乎沒(méi)有，不影響商家的銷售。我們不需要爬梯子，也不需要有另一個(gè)人在地面上輔助，采摘效率高出人工3至5倍，滿足現(xiàn)市場(chǎng)的需求，具有良好的發(fā)展前景。（5）本設(shè)計(jì)還有許多地方仍有待改進(jìn)，可以再進(jìn)一步提高伸縮桿的靈活性，避免出現(xiàn)采摘完高處的水果后難以收回的現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)法將水果快速放入車籃的困難；車輪可設(shè)計(jì)為履帶式以適應(yīng)果園不平的地勢(shì)。