一种半自动苹果采摘收集机的研制

戚瑞丰，张凌冲，孙宇航，金忠博，白晓虎

（沈阳农业大学 工程学院，沈阳 110161）

我国是苹果生产大国，产量占世界苹果总产量的65%以上。目前，国内大部分苹果采用纯手工采摘，效率低、劳动强度大。许多果树的高度超过人工采摘的极限高度，采摘时需要借助短梯等工具，存在一定的安全隐患。现有的苹果采摘机械或功能单一，或可靠性差、效率不高，难以满足果农的实际需要。国外某些发达国家的苹果采摘机效率较高，但体型大，价格昂贵，使用技术要求较高，不适合我国的作业条件。因此，研制一种功能完善、可靠性高、成本低的苹果采摘机械，旨在减轻劳动强度和促进苹果产业发展。

1 苹果采摘收集机工作原理

半自动苹果采摘机由车体、苹果夹紧机构、果柄扭断机构、输送管道、苹果均匀分布装置、苹果收集箱等组成，结构如图1所示。

作业时，举起采摘装置，按下苹果夹紧手柄，通过3个夹持爪的运动将苹果夹紧；然后按下夹持爪转动手柄，将苹果扭转90°，使果柄断裂。松开手柄后，在弹簧的作用下夹持爪复位松开，苹果落下。输送管道由网兜布制成，在苹果下落过程中起减速作用。缓冲输送装置放在苹果收集箱内，通过分布盘的转动使苹果在箱内均匀分布。当一层苹果装满后，通过丝杠螺母机构使分布盘上升到下一个位置。

2 苹果采摘收集机关键部件设计

2.1 苹果夹持装置

苹果夹持装置如图2所示。

图1 半自动苹果采摘收集机结构示意图Figure 1 Structural diagram of semi-automatic apple picking and collecting machine

夹持爪安装在采摘杆上，拉线一端绕过滑轮与夹持爪连接，另一端与夹紧手柄连接。按下夹紧手柄，通过拉线使夹持爪向里转动，将苹果夹紧。弹簧起到复位作用。松开夹紧手柄，夹持爪立刻松开复位，苹果落入输送管道。

2.2 果柄扭断装置

当苹果夹紧后，按下果柄扭断手柄，通过拉线带动夹持爪安装杆旋转90°，使果柄断裂。松开手柄后，在复位弹簧的作用下，夹持爪安装杆回到初始位置，为摘下一个苹果做好准备。果柄扭断装置的结构如图3所示。

图3 果柄扭断装置示意图Figure 3 Schematic diagram of apple handle breaking device

2.3 苹果输送装置

松开夹持爪后，摘下的苹果在重力作用下落入输送管道。输送管道由网兜布制成，不会对苹果造成损失，且能起到一定的减速作用。苹果从输送管道另一端滚出后，落入苹果分布盘中。

2.4 苹果均匀分布装置

苹果均匀分布装置（分布盘）由5个叶片组成，在电机的带动下缓慢匀速转动，如图4所示。

图4 苹果均匀分布装置示意图Figure 4 Schematic diagram of apple uniform distribution device

苹果由输送管道滚落时，随机落到某一个叶片中。每个叶片用强度较高的铁丝制作而成，质量轻，沿安装轴转动灵活。当叶片下有苹果时，叶片一端抬起，使苹果暂时不滚下；当叶片转动到下面没有苹果的位置时，抬起的一端落下，苹果沿叶片的斜面滚下。为防止苹果碰到铁丝，在铁丝外面包裹一层缓冲布料。随着分布盘的转动，苹果被均匀分布到果箱的各个位置。当一层苹果铺满后，启动升降电机，通过丝杠螺母机构带动分布盘上升大约一个苹果的高度，开始下一层苹果的均匀分布。当果箱装满后，换上空的果箱，再将分布盘下降到距离箱底约一个苹果的位置。

此装置起到保护苹果的作用，且对苹果进行分布装箱，节省人工装箱环节，大大提高工作效率。

2.5 苹果分布盘升降装置

苹果分布盘升降装置由直流减速电机、锥齿轮副和丝杠螺母副三部分组成，如图5所示。

图5 苹果分布盘升降装置Figure 5 Apple distributing plate lifting device

在分布盘转动过程中，升降装置不工作。当一层苹果均匀摆满后，起动减速电机，通过锥齿轮将动力传输给丝杠螺母副，丝杠转动，由螺母移动控制分布盘的升降。梯形螺纹的丝杠螺母副具有较好的自锁能力和传动效率。升降装置具有较好的自锁能力，不会因分布盘产生较大的冲击力而下降。

3 结论

半自动苹果采摘收集机主要由采摘、输送、收集三部分组成。采摘装置将苹果夹紧后扭转90°，使果柄断裂。输送部分将苹果送往果箱，同时减缓苹果下落过程中的运动速度。收集装置可以防止苹果磕碰伤，将苹果在果箱内均匀分布。该机结构简单，操作方便，成本低廉，适用于果农采摘高处的苹果，大大提高工作效率。