便携式摘果器

许书菡

（金陵科技学院，江苏 南京 210000）

便携式摘果器

许书菡

（金陵科技学院，江苏 南京 210000）

便携式摘果手是解决农业中人工摘果效率低，果树高，摘果困难等问题的一项设计。本文主要介绍了便携式摘果手的功能及设计，水果采摘行业的前景。该设计利用两个微型电机作为动力元件，解决了农民在摘果时，长期持续一个系列动作造成对身体上的伤害。本文介绍了便携式摘果手的设计思路，使用方法。另外，着重介绍了便携式摘果手的功能、结构和各部件的具体设计。通过对次设计的调试，罗列出许多在实验中遇到的问题以及解决方案。本文最后对该设计的应用做了总结，并针对该课题将便携式摘果手今后的前景做了一个展望。

手推车；电动控制；保护果品；采摘工具

在社会经济的发展中，农业是我们人类不可缺少的一部分。更多情况下，人类的生存与发展则以农业作为坚实的后盾。当然在展望美好前景的同时，我们也需要面对现实中不可忽视的一些问题。例如，农业采摘过程中采摘效率较低。那么，如何改善农业生产效率低下这一问题？则是国家乃至整个人类社会一直以来讨论的话题。在资源极度紧张的情况下，为人类的基础事业贡献一份微薄的力量，是我们这个世纪的青年应当思考和付出实践的事情。

结合国外设计经验与国内果农现况，阅读有关技术资料，包括果树情况等，便携式摘果手设计主体思路是一种手持、轻便，并利用电力驱动直流电机提供伸缩和剪刀闭合动力的采摘水果的摘果装置。位于副杆顶端的剪刀通过电机提供动力可以轻而易举地剪断果蒂或细枝条，使被剪刀剪断果蒂的水果落入袋中，顺着传输带落到到橡皮质地的减震装置上，通过袋内的弹力装置，减少了水果在做自由落体运动时，落地的一瞬间产生的动力势能，减轻了水果的表面碰撞问题。从而保护了果品的表面完好度，在一定程度上提高了水果的市场价值。

一、便携式摘果手的结构和功能

便携式摘果手携带方便，果农可把便携式摘果手放置在较小空间内，占地面积小，大多用于采摘苹果，梨子等硬质水果。

剪刀（如图1和图2所示）：剪断果蒂，由于在剪刀刀片上弧形设计，可以防止果蒂从剪刀上滑出。

减速箱（图3）：逐次降低电动机上的转速，以达到剪刀开合时所需的速度。

伸缩杆：控制剪刀的方向，并适应高低不同的果树

蜗轮蜗杆调速装置（图4）：降低电动机的速度及方向，使伸缩杆完成适当量的伸缩。

传输袋：在采摘过程中，便携式摘果手有固定的果品下落通道，保证水果能够顺利的落入篮筐中。

水果缓冲装置：当水果穿过缓冲装置时，缓冲装置减缓了水果从高空落下自由落体时的速度，减少果品从高空坠落的伤害。对果品有缓冲，不破坏水果的品相。

驱动装置：以电能驱动代替传统人力，减少劳动者负担，更加人性化。

二、总体方案设计

便携式摘果器如图5所示，其整体是包括电源、电机、滚珠丝杆、减速箱、果蒂专用剪刀、连杆机构由外管、内管和锁紧装置构成。当电机一得电时，电动机转动可带动滚珠丝杆的转动从而使内杆向上传递，实现电动控制伸缩杆升降的效果。电动伸缩杆的上部装有一个迷你的电机以及变速箱，最顶端装有专用剪刀。在剪刀与伸缩杆之间用铰链链接在变速箱里的偏心轴上，并且通过顶端电机的得电从而控制偏心轴的转动，最终完成剪刀的开合。在整个过程中，剪刀的控制开关被放在了推车手柄右端，通过按动开关控制剪刀闭合，而伸缩杆的上下控制按钮则被设计在了推车手柄的左端。使两种功能开关分开的原因是为了减少果农在摘果时因混淆开关而产生错误操作。

果农先推动小车（图6）移动至果树下方，拿起摘果装置，用手按住手柄左端的上下控制按钮把伸缩杆调整到适当的高度，使伸缩杆端部的剪刀对准果蒂，踏板控制着剪刀的闭合，当果农踩下踏板时，剪刀闭合，水果从而顺势的落入传送带中，在传送带内部安装了一个弹性质地的网状结构（缓冲装置），水果可通过传送带首先落到缓冲装置上，而后又因自身的重力及加速度穿过缓冲装置。由于水果自由落体时通过传送带中的缓冲装置减弱了一部分势能，当水果最终落在果筐之前，已经很大程度上减少了撞击对水果果品产生的损害。从而保护了水果的外观质量。推车上篮筐可以拆卸，以便果农采果时，果篮装满后替换。

三、电机控制方案

现在市场上的电机种类非常丰富，结合摘果手的设计思路与客观经济条件，对市场上的各类电机进行筛选。

电机是便携式摘果手最为核心的装置，作为基本动力来源，能直接决定便携式摘果手的使用效果，结合便携式摘果手使用的特性，根据其启动、正转、反转、使用频率、超负荷运载等性能需求以及客观经济状况和维修因素选择电机。

本次设计的便携式摘果手的电动机的使用特点为频繁短时间运行、快速启动、正反转、承受过载、无调速要求。依据电动机类型参照表，直流电动机有着快速频繁启动、正转和反转、大过载能力、顺滑的速度、精切、方便使用、低价易于保养等特点。故本次便携式摘果手选用直流电动机。

1.传输缓冲装置

减震装置配置在传输袋中，利用皮筋的弹性，使高空自由落体的水果得到缓冲，以至于不损坏到水果，并且利用皮筋的张力，当水果落在橡皮网上，由于水果自身的重力使皮筋之间的距离变大，从而使水果落入筐中。如图7当水果自由落体时水果向下的重力F1，果品减震装置对水果有向上的力F2，F3，向左右的力F5，F6，使落下的水果的动能减少。此装置减少了水果在采摘时对水果的碰撞，最大限度的保证了果品的质量。

图7为缓冲装置的简单示意图，橡皮筋围成的网略小于平均水果的直径。例如采摘苹果时，橡皮筋围成的矩形网络边长大约在60mm左右，一般苹果的直径大概在90mm左右，在当苹果下落时，利用橡皮网的张力，对苹果起到缓冲作用，减少了苹果在落入果筐的一瞬间受到的碰撞。

目前在小型果树种植户中，存在生产效率低，劳动力耗费量大等问题。以上问题导致水果成本的增加，使我国果农面临的一个严峻的挑战。果农们迫切需要一种可以解放生产力，提高生产效率的工具。目前市场上有很多种类的采摘工具，大多价格较高，使用不方便，不易携带，更有甚者在采摘时会对果品有较大损伤。

结语

在许多大型会议上，国家领导人反复强调农业的重要性，不断的出台关于农业新的政策，保证农民的收入和种植农产品的积极性。另一方面，随着生活水平的提高，人们对于蔬果等农产品的需求量日益增加。这些都不断推动着果树种植业的发展，从而使各个地方的果树种植业逐渐兴起，不论城市还是农村，人们对于水果采摘市场的憧憬与热情变得一发不可收拾。

便携式摘果手是面向中小型果树种植户的设计，价格低廉，果农容易接受，且操作简单、方便，在许多的地方有着不可替代的作用。便携式摘果手利用踏板来代替手动施力，在踏板上运用了杠杆装置更减轻了农民的劳动力。便携式摘果手的刀片的设计灵感来源于锯齿，增加果蒂与剪刀直接的摩擦力。在操作的过程中使用便携式摘果手，可以方便地把果实采摘下来。

［1］任荣.便携式摘果器， Portable Fruit collectors： CN， CN 203618386 U［P］. 2014.

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