大枣采收分选一体化装置

韩 策 张兴宇 付利荣 曹雷天 郭桥雨



大枣采收分选一体化装置

韩 策 张兴宇 付利荣 曹雷天 郭桥雨

（河北农业大学机电工程学院 河北 保定 071001）

现阶段针对我国的大部分枣农来说仍然处于人工敲打、人工对落地大枣进行收集、人工进行枣与枝叶的分离的状态。本文针对采摘枣子的现状，研究提出了一种大枣采收分选一体化机。该装置通过振动装置与风机吹风相结合，实现对已成熟的大枣进行无损伤采摘；经过装置的二次枣与叶的分离后，枣的洁净率≥99%。分选后的大枣收集到网袋中，便于运输和测产。伞状收集装置通过4套曲柄连杆机构，并利用弹簧回弹力实现自动闭合，无需动力源，工作安全可靠，节能环保；该装置可采用12V蓄电池或发电机等供电，便于不同枣园作业，操作便捷，成本低廉，具有良好的市场推广前景。

大枣无损伤采摘；伞状软布收集；枣叶二次分离；无动力张合

该装置未张开伞前，长1.4米宽0.5米高0.6米。长张开伞后，长1.8米宽0.8米高0.6米，适用于矮化枣树的采摘。通过模块化设计，主要包含伞状收集模块，风吹与振动模块，风力二次分离枝叶模块，大枣运输模块，大枣装袋整理模块。通过各类机械结构的配合，完成工作，有效地降低成本，节省能源。利用风能与流体力学原理，实现大枣的运输，枝叶分离等多项功能。

1 伞状收集装置模块设计

大枣掉落以后汇集在伞状的结构中，这要求伞状结构具有较高的强度，综合伞状结构的受力情况与张开面积最大化，实地调查果园矮化枣树的行距与列距，采用了半径为800mm的伞架半径，伞架与水平面选取了20°的倾斜角，方便大枣滑落至漏斗进行下一步的风道内的分选与运输。

收集装置采用4套曲柄连杆机构串联形成伞状结构，实现支撑伞部，并且在前端加有弹性绳，实现在小车推向枣树的同时自动张开，在伞架结构上装有弹性布料对掉落的大枣起缓冲作用，避免损坏大枣果皮。收集装置采用长方形的框架连接支架，支架与支架之间的距离为170mm，为了使支撑伞部的支架共同运动，在连接支架与支架之间采用连杆连接，使伞状支架处在一个平面，保证伞架与伞架之间运动没有干涉，方便伞状结构的流畅的开合，增加机构的灵活性。伞状结构采用弹簧回弹装置，张开到最大化时，弹簧拉紧，前端支架上面有强力磁铁，靠近时，两端支架吸合。不需要外加任何的动力源就能自动控制伞状结构的开合，控制简单可靠，节能环保。

2 摇振装置和风吹装置组合采摘模块设计

枣树的固有频率为15~25Hz，为了与枣树达到共振对大枣高效采摘，摇振装置的频率取为15~25Hz。单纯对大枣采摘的摇振振幅为30mm,但因振幅过大会对枣树树干造成一定伤害。考虑到对大枣能够进行无损伤的采摘，摇振下枣树的振幅为1~2mm，采取摇振与风吹方式相结合的方式进行无损采摘。打破单一的采摘方式，结合了风吹的方式对大枣进行采摘。

（1）风吹方式的设计

风吹采摘助力机构由风机、伸缩管、细长管口组成，风速调节为无级调速，以满足不同作业环境。选用12V，转速最大22000r/min的风机，风量为430m³/h,经过管道缩颈，手持直径为50mm。经过此机构风速变大，扫风面积增加，吹枣效果更好。装置出口风速最大可达到21.81m/s,风吹可以吹开初次分离的叶子，进行初次枣叶分离。

（2）摇震方式的设计

摇震机构通过上层板加下层板，上层板连接两个夹持机构，两个夹持机构和齿条连接，再利用棘轮机构的特性使枣树固定，在下层板上面固定一振动电机，振动电机采用电机加偏心轮，偏心轮偏心距可以改变，以适用不同振幅的枣树。

经实地测量，树干直径一般为65mm到150mm，要实现对一般枣树进行无损伤夹紧并且摇振的方式进行采摘，通过实验得到，两个夹持机构通过树干的反作用力运动分别向里运动30°到45°，将树干进行夹持，同时推着棘轮机构中的齿条相内运行进行反向锁死，保证在摇振过程中保证夹持力的恒定，不可出现松脱现象，使摇振工作稳定可靠。通过抬起锁死齿条的棘轮机构，向后推动小车，振动机构远离枣树的同时，伞状装置利用弹簧的弹力克服磁铁吸力自动闭合。

3 风吹装置进行枣叶分离模块设计

该装置利用不同形式的直径为100mm的塑料管道组成，首先三通管道一端连接风机，该三通管道中安装扰流板，三通上面连接加工过的三通，使此三通一端与漏斗无缝连接，作为进枣与叶子的入口，另一端加一个45°弯头与100mm短管作为叶子的出口，使叶子排到田间，枣子由于重力落入下面的三通中，连接一个45°弯管和一个400mm的长管，长管末端加网兜，实现大枣的收集。

大枣采摘下来在掉落的过程中，由于大枣与枝叶的密度相差较大，在风吹装置的风力作用下，实现大枣在掉落过程中大枣与枝叶的初步分离；掉落在伞状收集装置上的大枣和枣叶可顺利落入中间的漏斗输入口中，进入后续风道。而枣枝等体积较大的杂物，被狭小的输入口拦截在分选管道口，排除了树枝对枣叶分选的干扰。通过风机与风道进行风速与风向的分配控制，利用定长管流的动量方程与伯努利定理，在管道内置扰流板，经过大量的实验与理论分析，得出扰流板与竖直面的角度为11°时，此时风向与风速的配比达到分离枣叶的最佳效果，使枣叶分离率≥99％。

4 总结

在人工摘枣费时费力，大型摘枣装置成本过高，不易普及与枣树矮植化的背景下，该装置的优点是单人便可完成且易于操作，省时省力；在田间、山区行走灵活，采摘效率高。综上所述，该装置易于普及，批量生产成本在千元以内，枣农易接受。

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[4]吴杰，郭康权，葛云，王艳云.2012.香梨果实跌落碰撞时的接触应力分布特性.农业工程学报

at present, most jujube farmers in our country are still in the state of artificial beating, collecting and separating Chinese jujube from branches and leaves. According to the present situation of picking jujube, this paper puts forward an integrated collecting and sorting machine for jujube. Through the combination of vibration device and blower blowing, the device can pick mature jujube without damage, and after separating secondary jujube and leaf of the device, the cleanliness rate of jujube is≥99%. After sorting, jujube collected into the net bag, easy to transport and yield measurement. The umbrella collection device is automatically closed by four sets of crank and connecting rod mechanisms, and spring rebound force is used to realize automatic closure without moving The device can use 12V battery or generator to supply power, which is easy to operate in different jujube garden, easy to operate, low in cost, and has a good market prospect.

Zizyphus jujuba undamaged picking; Umbrella soft cloth collection; secondary separation of jujube leaves; No dynamic tensioning

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.11.046

S225.93

A

1672-9129(2017)11-0039-01