便携式变径球形刺梨采摘器的设计

雷 倩， 杨永发

(西南林业大学机械与交通学院，云南 昆明 650224)

研究与设计

便携式变径球形刺梨采摘器的设计

雷 倩， 杨永发

(西南林业大学机械与交通学院，云南 昆明 650224)

结合云贵高原及四川西部高原特有地形及劳动力资源现状，研制出一款既能降低劳动强度，又可以大大提高工作效率的可伸缩变径球形刺梨采摘器。

采摘器；刺梨；便携式；设计

刺梨是云贵高原及四川西部高原特有的野生资源，具有很高的营养价值和药理作用。刺梨树身高1～2.5 m，叶有次枝，小叶9～15片，连叶柄长5～11 cm，果实多为扁圆球形，横径一般为2～4 cm，果皮上密生小肉刺。刺梨果实的采收时机对产量、品质和贮藏性状均有很大影响。采收过早，果实尚未成熟，个头小、产量低，品质低劣，不耐贮藏；采收过晚，成熟度过高，果肉衰老快，不适合长途运输及长期贮藏[1]。由于刺梨本身生长环境特殊，加之刺梨本身被刺包围，使得刺犁采摘成为一大难题。目前，对刺梨的采摘还停留在单纯的人工采摘阶段，这样不仅容易刮伤人，而且后期的收集工作量大。总体来说，刺梨的采摘还处于一种相对落后的状态。

农村劳动力一直是我国劳动力资源储备中最大的部分，然而近些年伴随我国经济的快速发展和城市化建设速度的加快，农村劳动力外流问题越来越严重[2]，解放劳动力的问题变得刻不容缓，而实现机械化就是解放农村劳动力和改善农村劳动力外流最有效的途径之一。由于生活水平的不断提高，人们对健康的要求也越来越高，刺梨的需求量也随之增大。实现刺梨采摘机械化是提高刺梨产量的有效途径，而且机械化采摘可以大大提高刺梨的利用率。

1 刺梨采摘的国内外现状

近年来，刺梨产业呈迅猛发展的态势。日本、韩国、新加坡、马来西亚等国家以云南出口的刺梨原汁、浓缩汁和上海出口的刺梨提取物为原料，加工果汁饮料、化妆品、医药、保健食品[3-4]。上海、内蒙古、浙江宁波及金华、安徽界首等地均在云南省大量收购刺梨汁，其中上海主要用于浓缩汁、饮料、化妆品、医药、保健食品生产，内蒙主要用于饮料生产，浙江主要用于保健食品生产。

国内外对刺梨的研究主要集中在开发刺梨加工产品以及刺梨中的有效成分在临床医学中的应用等方面，对刺梨采摘方面的研究很少。云南虽为刺梨种植大省，但由于高原地区经济发展缓慢，劳动力资源相对丰富，刺梨采摘更多地还是依赖人工。

2 采摘器总体结构与主要参数

便携式变径球形刺梨采摘器主要是根据平面连杆机构及杠杆原理设计的一款剪刀式采摘器[6]，本设计体积小、耗能小、便于携带，而且易学易用。该装置的设计大大减轻了劳动强度，提高了采摘效率，为人们采摘刺梨提供了更加便利的采摘工具。

2.1 总体结构

便携式变径球形刺梨采摘器主要工作部件包括防滑可伸缩手柄、收集器、球头刀三部分，总体结构如图1所示。

图1 采摘器总体结构1.防滑手柄；2.伸缩柱；3.加固销；4.收集管；5.球头刀

防滑可伸缩手柄的主要作用是防止手柄滑动和调节手柄长度，工作时可根据自身需求调节手柄长度。防滑手柄中收集管长度是确定的，剪下刺梨根部树枝需要的力也是确定的，根据杠杆原理[7-8]，手柄长度越长，人手所要施加的力就越小，工作越省力。

收集器用于收集采摘下来的刺梨，方便统一收集和成批装入收纳袋中。收集管两边的管柱呈半径为15 cm的半圆柱形状，两侧的半圆柱收集管用两块布连接，避免球头刀张开时收集管里面收集的果实掉落。收集管全长30 cm，大约可以装下10～15个刺梨果实，过多超过承载范围；过少则降低生产效率。

球头刀周边全部装有刀片，在完全包裹刺梨的同时剪下根部树枝，随后果实滑至收集管中。

2.2 主要参数

表面处理：精细抛光；

形式：可伸缩式；

材质：不锈钢；

开口尺寸：100 mm；

全长：0.9 m(手柄0.6 m、收集管0.3 m)

形状：球头；

球头直径：100 mm；

刀头：双面开刃；

手柄：钢管+防滑手柄；

用途：园艺。

3 主要工作部件设计及工作原理

3.1 球头刀

球头刀的设计主要是为了完全包裹果实，在球头刀的周围嵌入刀片，刀片可以自行替换。

3.2 防滑可伸缩手柄

防滑可伸缩手柄的设计主要有防止手柄滑动和根据自身需要调节刺梨采摘器长度两方面作用。

3.3 收集管

球头刀剪下刺梨果实后，刺梨会沿着收集管内侧到达收集管内，收集管的两侧用布连接，防止收集到的果实在收集管张开时掉落，这样就可以对采摘好的刺梨进行统一收纳。

3.4 工作原理

便携式变径球形刺梨采摘器是根据杠杆原理设计的，只需手握手柄使球头刀完全包裹刺梨即可采摘，剪切省力，更换刀片轻松简便，刀口锋利，切口平整，可最大程度地减少对植物的损坏。

4 创新点

4.1 收集管

传统的剪刀只能对树枝进行简单修剪，但该装置的收集管一头连着手柄，一头装有球头刀，当球头刀完全将刺梨果实包裹起来后再剪下果实根部的小枝，采摘好的刺梨果实顺着收集管滑到靠近手柄的一端。收集管长度0.3 m，大约可以装10～15个果实。

4.2 防滑可伸缩手柄

一般的剪刀手柄长度是固定的，为了达到省力效果和适应作业人员不同身高的需求，设计的这款采摘器手柄可以伸缩，工作时可根据需要随时调节手柄长度，以确保采下全部刺梨。

4.3 球头

为了更方便地采摘不同大小的刺梨果实，设计的这款刺梨采摘器可以变换球头直径，同时可以使采摘好的刺梨顺利滑至收集管内。这是该采摘器一项最重要的创新。

4.4 采摘器的特点

便携式变径球形刺梨采摘器具有以下三大特点：①携带方便，操作简单，易学易用；②可根据自身需求任意调节长度，以适应不同高度刺梨果实的采摘，确保采摘过程中不遗漏果实；③剪切省力，刀口锋利，切口平整，可最大程度地避免损坏植物。

5 小结

根据刺梨的生长环境及其生长特性，设计出一种集采摘与收集为一体的装置，其不仅携带方便，而且可以满足在不同环境下对刺梨采摘和收集的需要，提高了采摘效率，在采摘的同时还可以批量收集。该设计是采用平行四边形连杆机构及杠杆原理，参考剪刀的外形设计的，不仅携带方便，易学易用，而且收集装卸也很简便，工作时省力快捷[9]；大大提高了采摘效率，增强了对农艺要求的适应能力，同时可避免采摘时导致的刺梨损害。

[1] 严福华.刺梨采收与贮存浅谈[J].工业科技，2013(4).

[2] 范剑勇，王立军，沈林洁.产业聚集与农村劳动力的跨区域流动[J].管理世界，2004(4).

[3] 方修贵，李嗣彪，郑益清.刺梨的营养价值及其开发利用[J].食品工业科技，2004(1).

[4] 王朝琴.贵州省长顺县退耕还林刺梨种植工程设计[J].森林工程，2016，32(3)：40-42+47.

[5] 周毓.关于刺梨的药理研究[D].武汉：武汉科技大学，2006.

[6] 师忠秀.平面连杆机构的杆组法运动分析及仿真[D].青岛大学机电工程学院，2004.

[7] 邓白云.中国民用杠杆工具中的传统造物智慧研究[D].汕头：汕头大学，2011.

[8] 苗振坤，郭克君，满大为，等.专用采伐清林机伐木工作头的设计[J].林业机械与木工设备，2015，43(12)：11-13.

[9] 徐灏，邱宣怀.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1988.

(责任编辑 张雅芳)

Design of A Portable Variable-diameter Spherical Rosa Roxburghii Picker

LEI Qian， Yang Yong-fa

(School of Transportation and Machinery Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China)

Coupled with the unique terrain and labor resource status on Yunnan-Kweichow Plateau and the plateau in West Sichuan，a scalable variable-diameter spherical rosa roxburghii picker has been developed，and it can not only reduce labor intensity but also greatly increase work efficiency.

picker；rosa roxburghii；portable；design

2016-09-21

雷 倩(1990-)，女，陕西渭南人，硕士研究生，主要从事农林机械设备机械自动化方面的研究，E-mail：18700838451@163.com。

S776

A

2095-2953(2017)03-0026-03