可伸縮便攜式刺梨采摘器的設(shè)計

引言

刺梨是云貴高原等地區(qū)的天然野果,貴州的刺梨品種最多,果實產(chǎn)量居全國之首,刺梨樹高1~2.5m,果實呈扁球形或圓錐形,表面布滿毛刺。由于風味獨特并且具有較高的營養(yǎng)價值和醫(yī)用價值,刺梨深受廣大消費者喜愛,在四川、河南等地有大量的人工種植,至今仍廣泛分布于山區(qū)。但是由于刺梨生長在帶刺的刺梨樹枝上,樹枝生長又參差不齊,部分樹枝直立生長,部分樹枝則向四周生長,通常一株刺梨樹呈"籠狀",刺梨本身表面又布滿毛刺,這些都給刺梨的采摘收獲工作帶來了巨大的不便。在豐產(chǎn)刺梨的貴州山地,目前還是采用人工戴上較厚的防刺手套進行采摘,這種手工作業(yè)方法不僅耗費過多的人力,而且工作效率低,不能滿足現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化的作業(yè)要求。

近年來,刺梨產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,多用于果汁飲品、化妝品,刺梨中有效成分的藥用價值及其基礎(chǔ)研究也開展得如火如茶。

國內(nèi)外學者對刺梨的研究主要集中在刺梨種植管理及養(yǎng)護、刺梨產(chǎn)品的加工和保存、刺梨中一些成分在臨床醫(yī)學中的應用、刺梨生物活性成分的開發(fā)等方面,對刺梨采摘方面相關(guān)設(shè)備的研究相對較少,導致切實可用的采摘器捉襟見肘。

現(xiàn)有的一種便攜式變徑球形刺梨采摘器,攜帶方便,且據(jù)報道能有效進行刺梨采摘,其在采摘過程中也能一定程度上避免損壞刺梨樹枝,但其伸縮桿調(diào)節(jié)長度太短,不利于特殊高度和特殊地形下的刺梨采摘。

貴州大學羅兵、張建敏基于TRIZ和AD理論設(shè)計出耙型刺梨采摘機,從其工作原理可見,該刺梨采摘機采摘中易折斷刺梨樹枝丫,導致來年刺梨減產(chǎn)。

貴州師范大學的黃遠翔等人設(shè)計了一種便捷式刺梨采摘機,采用三個成一定角度的球形滑動刀頭來切斷刺梨果柄莖,采摘后的刺梨通過管道進入收集器,并實現(xiàn)初步分級,但從其工作原理可見,對于個體較大的刺梨,三滑動刀滑動切斷果柄時會把刺梨果實壓碎,壓碎的刺梨在空氣中易被氧化、腐敗,影響采摘質(zhì)量,不符合采摘作業(yè)要求。

可見,現(xiàn)有為數(shù)不多的刺梨采摘機,都或多或少地存在著一些小弊端,給生產(chǎn)應用帶來了不便,不滿足刺梨大面積種植后采摘的工業(yè)化作業(yè)需求。

綜上,本文擬設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、輕巧,使用方便,可根據(jù)刺梨與人手間的距離來調(diào)節(jié)伸縮桿長度,且采摘過程中不會損傷刺梨樹枝丫,更不會壓碎個體較大刺梨的可伸縮便攜式刺梨采摘器,旨在為刺梨大面積種植后工業(yè)化采摘提供一定的實踐指導,并為相關(guān)采摘器的設(shè)計提供一定的技術(shù)參考。

1總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1總體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計的可伸縮便攜式刺梨采摘器主要由伸縮桿、收集器、剪切器和繞線裝置等部分組成,如圖1所示。

伸縮桿是由固定桿(5)、伸縮桿A(6)和伸縮桿B(7)三段空心方管組成,三段桿的內(nèi)外壁相互形成緊滑動配合,可在0.6~1.5m長度范圍內(nèi)實現(xiàn)自由伸縮,固定桿安裝在握桿(4)上。剪切器由桿頭(9)、轉(zhuǎn)軸(10)、彈簧(11)、活動剪(12)和固定剪(14)組成桿頭(9)與伸縮桿B(7)固定配合,桿頭(9)上緊固安裝轉(zhuǎn)軸(10)和固定剪(14),轉(zhuǎn)軸(10)上安裝帶鉤頭的活動剪(12),固定剪上安放收集袋(l3)。繞線部分由帶拉線的繞線輪(3)、手柄(1)、轉(zhuǎn)銷(2)和拉線(8)組成,拉線(8)可隨著伸縮桿長度的變化,通過轉(zhuǎn)動繞線輪(3)實現(xiàn)對應伸縮。其中轉(zhuǎn)銷(2)固定安裝在握桿(4)上,轉(zhuǎn)銷(2)上安裝帶有5個均勻分布正六邊形孔的繞線輪(3),繞線輪(3)上纏繞拉線(8)和安裝手柄(1),拉線(8)的另一端連接在活動剪(12)的不帶切削刃口的一個端頭。

1.2工作原理

采摘刺梨作業(yè)前,依據(jù)需采摘刺梨與人手間的距離,調(diào)節(jié)伸縮桿A(6)和伸縮桿B(7)的伸出長度來獲得一段適宜的桿長。此時,繞線輪(3)繞轉(zhuǎn)銷(2)轉(zhuǎn)動來拉緊或放松拉線(8),使活動剪(12)與固定剪(14)間呈一定角度:隨后,把手柄（1）以一定方位安裝到繞線輪(3)上的某一正六邊形孔內(nèi),以待進行刺梨采摘。

采摘刺梨時,手四指彎曲拿著握桿(4),大拇指輕壓靠在手柄（1）上,移動整個采摘器,使刺梨果柄卡入活動剪和固定剪構(gòu)成的角度內(nèi)。此時,大拇指壓下手柄（1）使繞線輪(3)繞轉(zhuǎn)銷(2)逆時針轉(zhuǎn)過一定角度繞緊拉線(8),拉線(8)使活動剪(12)繞轉(zhuǎn)軸(10)順時針轉(zhuǎn)過一角度,活動剪(12)便壓向固定剪(14

),剪斷刺梨果柄,刺梨掉入收集袋,完成一次采摘作業(yè)。

采摘刺梨結(jié)束時,大拇指松開手柄（1）,活動剪(12)在彈簧作用下繞轉(zhuǎn)軸(10)逆時針轉(zhuǎn)過一角度進行復位,等待下一次采摘刺梨作業(yè)。

2主要零部件的設(shè)計

2.1伸縮桿的設(shè)計

因刺梨樹枝丫呈"籠狀"平鋪生長,有時一些刺梨樹還被種植在坡度較大的斜壁土地里,此時采摘刺梨樹中部枝丫上的刺梨或斜壁土地里生長的刺梨,人不易靠近采摘點,就需支撐桿較長的刺梨采摘器。因而,設(shè)計可在一定長度內(nèi)自由伸長與縮短的刺梨采摘器,以適應不同距離的刺梨采摘至關(guān)重要。

圖2為本文所設(shè)計可伸縮便攜式刺梨采摘器的伸縮桿組,其由三段長度為0.6m的固定桿（1）、伸縮桿A(2)和伸縮桿B(3)組成,三段桿橫截面為正方形,以防止桿間發(fā)生轉(zhuǎn)動,三段桿內(nèi)外壁采用H7/p6的輕過盈配合,以保證獲得一定的過盈量,在伸縮桿未受到沿桿的軸向載荷時,不會發(fā)生自由伸縮。當給桿施加軸向載荷時,又不需要過大的軸向力便可使桿產(chǎn)生軸向伸縮以獲得所需的一段長度,以適應采摘距離的需求。為防止桿在伸長過程中受力過大,產(chǎn)生軸向拉出、脫節(jié)分離,在伸縮到極限位置時,設(shè)置有卡扣。

2.2剪切器的設(shè)計

剪切器是刺梨采摘機的重要部件,直接決定著采摘刺梨的效率和質(zhì)量,同時要求在進行刺梨采摘時,又不能損傷刺梨樹枝丫,以保證刺梨的來年產(chǎn)量。

本文設(shè)計的剪切器總體結(jié)構(gòu)如圖3所示,其主要由拉線（1）、轉(zhuǎn)軸(2)、彈簧(3)、活動剪(4)和固定剪(6)等組成?；顒蛹?4)安裝在轉(zhuǎn)軸(2)上,可轉(zhuǎn)動,其一端連接拉線（1）,另一端連接拉力彈簧(3),活動剪(4)全長120mm,與固定剪(6)相配的剪刀刃口長度50mm。為使采摘剪切刺梨時更加省力,彈簧(3)安裝在離轉(zhuǎn)軸(2)中心20mm處,拉線(1)固定在離轉(zhuǎn)軸(2)中心60mm處。同時,因刺梨的果柄較短,為4~8mm不等,因此活動剪(4)與固定剪(6)在剪切刃口段的總厚度不超過4mm,以保證它們能夠順利深入刺梨與結(jié)刺梨的樹枝之間,完成對刺梨果柄的順利剪切。收集袋(5)的開口沿邊離固定剪(5)下邊緣30mm,大于刺梨半徑,即收集袋(5)不會阻礙固定剪(6)伸入刺梨果柄處。

2.3繞線裝置的設(shè)計

繞線裝置一是配合刺梨采摘器伸縮桿的縮短與伸長,進行拉線(4)的收放,二是實現(xiàn)剪切刺梨果柄時,拉動活動剪向固定剪轉(zhuǎn)動進行果柄的剪切。

本文中設(shè)計的繞線裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示,其主要由手柄(1)、轉(zhuǎn)銷(2)、繞線輪(3)、拉線(4)、握桿(5)和螺釘(6)等組成。繞線輪(3)直徑70mm,厚度20mm,圓柱面上開設(shè)弧形凹槽以收納拉線(4),一個端面上開設(shè)5個均布的六邊形盲孔,槽底中心加工出M3的螺紋孔,以固定手柄(1)。設(shè)置5個均布的六邊形盲孔,主要是適應伸縮桿自由伸縮時,在確保活動剪與繞線輪(3)之間的拉線(4)長度時,始終使與之配合的手柄(1)留有一個與伸縮桿軸線適宜的角度,以保證轉(zhuǎn)動手柄(1)操作方便,能順利剪切下刺梨。

繞線輪(3)通過轉(zhuǎn)銷(2)安裝在握桿(5)上,并可繞轉(zhuǎn)銷(2)進行正反轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)拉線(4)的收放。與繞線輪(3)配合的手柄(1)長150mm,寬與厚均為15mm,一端鑄出與繞線輪(3)上的六邊形不通孔配合的六邊形柱,柱中心加工出直徑4mm的通孔,以通過M3的螺釘緊固在繞線輪(3)上。

3結(jié)語

本文所設(shè)計的采摘器能根據(jù)人與刺梨樹的位置進行桿長的自由伸縮,以實現(xiàn)不同位置的刺梨采摘,且其結(jié)構(gòu)簡單、輕巧,便于攜帶與使用。采摘刺梨過程中,人不會損害刺梨樹枝丫,也不會壓碎個體較大的刺梨。