垄作式草莓采收一体机的研究

李晓光 谢雷 徐彭飞 金凯乐 张弛

摘 要：本文针对草莓采摘问题，设计了一种垄作式草莓采收一体机。其通过采摘执行机构和收集机构的有机结合实现了草莓采收一体化；通过脚踏式杠杆升降装置实现采摘执行机构竖直方向上的位姿变换。不仅实现精准采收，而且降低了采摘者的劳动强度。

关键词：草莓；采摘；采收一体化；杠杆原理

我国的草莓产业在近20年中得到了迅速发展。截止2015年，我国草莓种植面积已达220万亩。但传统的采摘方式一定程度上影响了草莓产业的进一步发展。传统的纯人工采摘的方式耗时长，不能及时的满足市场需求。并且用于草莓采摘、運输等时间越久，草莓的新鲜度与口感越差。随着国民经济的发展，工资水平的逐渐升高，如何减少在草莓采摘中减少劳动力的投入，提高采摘效率，成为了当下草莓产业发展急需解决的问题。

一、整体结构设计

垄作式草莓采收一体机根据我国常见的大棚地垄栽培模式下的草莓的生长特点而设计。垄作式草莓采收一体机包括操作装置、采摘执行机构、收集机构、传动系统、脚踏式杠杆升降装置及移动承载装置。

操作装置由手轮、手柄组成。操作装置安装在折叠式扶手上，手轮通过传动系统控制采摘执行机构的伸出与撤回，手柄则用于控制采摘执行机构中柔性夹钳的开合。

采摘执行机构由刀片、柔性夹钳、复位弹簧组成。柔性夹钳用于夹持草莓的果梗，刀片位于夹钳上方，在果梗被夹持后将其切断。柔性夹钳的开合受手柄通过闸线的控制。

收集机构由收集铲、收集平台、领口结构、传送带、电机和收集箱组成；收集机构包括收集平台、领口结构、传送带、电机和收集箱，收集平台设置于一次收集机构的垂直下方，收集平台上设置有领口结构以使经收集铲收集的草莓从领口结构垂直掉落于传送带上，传送带由电机驱动，在传送带上设置有搬运竖板，收集箱位于传送带一侧用于接收由传送带上掉落的草莓。

传动系统主要由同步带传动组、齿轮齿条传动组、换向齿轮组构成，其中换向齿轮组实现了采摘执行机构与收集铲的反向运动。

脚踏式杠杆升降装置由杠杆、支座、脚踏板、滑轮和轨道组成。轨道安装在承载架的底部，滑轮安装在杠杆短臂端，脚踏板安装在杠杆长臂端，支座则安装在运动承载机构上，为使承载架运行平稳，移动过程中不会倾斜，在承载架的侧壁上分别安装了三组直线光轴模组。

移动承载装置包括底盘、脚轮、承载架和折叠式扶手，脚轮设置于底盘底部，承载架设置于底盘上用于承载采摘执行机构和传动系统，底盘用于承载收集机构与承载架。

二、工作原理

开始工作时，启动传送带电动机使传送带运行，采摘者观察发现成熟草莓后，将机器推到成熟草莓的临近位置，顺时针旋转手轮，通过传动系统中同步带传动组和齿轮齿条传动组的动力传递，采摘执行机构伸出接近草莓的果梗处。此时按下操作装置上的手柄，抽动另一端安装在采摘执行机构夹钳活动钳口的闸线，复位弹簧压缩，活动钳口和固定钳口分开；当果梗位于钳口内侧时，松开手柄，复位弹簧恢复形变，活动钳口在弹性势能的驱动下与固定钳口合并夹住果梗，同时活动钳口上方的刀片将果梗切断。此时采摘者逆时针旋转手轮，采摘执行机构夹着草莓向后撤回，收集铲在经过第二同步带传动组、换向齿轮和第二齿轮齿条副的传动后，向前伸出到达收集平台的边缘位置等待；当采摘执行机构到达收集平台上方时，通过如上的按压-松开手柄动作使钳口张开，草莓落下，然后顺时针旋转手轮使采摘执行机构向前伸出继续进行下一步采摘，收集铲则反向撤回，将收集平台上的草莓拨到下方的传送带上，进而将草莓转移到传送带末端下方的收集箱内。采收过程中，由安装在运动承载机构上的脚踏式杠杆升降装置实现执行机构在竖直方向上的位姿调整：当杠杆长臂端的踏板被踩下时，安装在杠杆短臂端的滑轮在承载架的底部轨道里滑动，杠杆短臂杆将承载架向上抬起；松开踏板时，杠杆短臂端对承载架的向上作用力小于承载架自身的重力，承载架向下降落。

三、主要创新点

1.采收一体化：采摘执行机构与收集机构通过传动系统有机结合，简化了操作步骤，提高了采收效率；

2.脚踏式杠杆升降装置，调整采摘执行机构竖直方向的位姿，扩大了采摘范围，适应性更广；

3.收集机构中的收集平台，缩短了动作行程，实现了草莓从采摘阶段向收集阶段的过渡，进一步提高效率；

四、应用推广价值

垄作式草莓采收一体机，功能完善，操作方便，结构紧凑，经济实用，绿色环保，适用于中小型草莓种植基地。其在一定程度上降低了采摘者的劳动强度，延长了单人工作时长，减少了劳动力成本投入，缩短了草莓从种植基地供应到消费市场的时间，从而提高经济效益。

参考文献：

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