感应式电动采枣器的设计与应用

张卫卫　潘莹　王浩铭　邓冲　任梦阳

摘要：结合实用性和经济性，设计一款感应式控制的电动采枣器，用于平地、坡地、山地等多种地域，实现定位、动力振动、伞式多果收集的一体化采摘。枣园采摘作业试验表明：电动采枣器的采摘效率大约为徒手采摘的2倍，采摘高枝枣的优越性更加明显。

关键词：采枣器；感应式；设计；动力振动

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）01-0029-03

目前，我国果树大多分散栽培，加之种植地域大多为坡地，大型机械难于开展作业，仍以人工采摘为主，劳动强度大，劳动效率低。为此，结合实用性和经济性，设计一款基于自感应式控制的电动采枣器。电动采枣器适用于平地、坡地、山地等多种地域，单人操作，可实现定位、动力振动、伞式多果收集的一体化采摘作业，采收效率高。

1 电动采枣器的工作原理

电动采枣器主要由动力振动装置、可调节握杆、伞式收集装置等组成，整体结构如图1所示。

将可调节握杆调整到适宜高度，把挂钩振动器挂在果实集中的树枝上，枝干对光的遮挡驱使红外传感器自行接通电源，电机带动偏心振动盘旋转，挂钩产生足够量的振频和振幅，使枣果脱离枝丫自由坠落，完成枣果采摘。弹性联结器可有效减震，防止可调节握杆摆动和对采摘者手部造成伤害。

2 电动采枣器的设计

2.1 开关装置

在握杆顶部设有电源总开关，采摘作业前打开总电源，采果器处于待机状态。选用常开的光电转换开关，其常态为断，工作原理如图2所示。枝干处于图2所示位置时，枝干阻断激光发射头与激光接收头之间光线的传输，直流光控开关闭合，电源和负载形成闭合回路，挂钩振动器通电工作。

2.2 挂钩振动器

挂钩振动器主要由电机和变速器、控制电路、弹簧、偏心盘等组成，通过弹簧连接在可伸缩握杆的顶端，如图3所示。

当枝干进入勾状切割口，光电转化开关闭合，控制电路开始工作，接通电源与电机和变速器，输出轴带动偏心盘4以3 000 r/min的速度旋转。由于偏心力的存在，挂钩产生一定的振频和振幅。挂钩振动器离开枝干后，红外光线传播恢复，光电转换开关断开，控制电路断开电源与电机的连接，电机停止旋转。光电转换开关、枝干、电机组成一个闭环自感应控制系统。

2.3 可调节握杆

可调节握杆包括手柄、调节器、握持套和可调杆，结构如图4所示。

可调桿于调节器处分为上下两截，上半截杆规格为Φ25 mm×1 mm，下半截杆规格为Φ27 mm×1 mm。松开调节器，可调杆的上半截杆可向下半截杆内缩进或伸出，在0～2.5 m的范围内调节；下半截杆长3.0 m；整个采枣器的长度在3.0 ～5.5 m内可调。人的身高及臂展约2.0 m（按身高1.7 m计算），故电动采枣器的作业高度范围约为5.0～7.5 m。目前，枣树的树冠高度一般为5.0～7.0 m，冠幅5.0 m。所以，电动采枣器适合各种树冠高度的枣果采摘作业。

3 采摘作业试验

为验证电动采枣器的使用效果，以徒手采摘为对照，分别选择2棵树冠高度6.0 m左右、果密程度较为接近的枣树，开展采摘作业对比试验。对照组借助于棍棒等工具采摘，高处借助梯子类工具。试验时间为10 min，从树冠下方依次向上方采摘。采摘枣果的数据统计如表1所示。

通过表1可以看出：在采摘初期，由于较低树冠枣果较多，采摘者体力较为充沛，手工采摘和电动采枣器的采摘结果相差不大；随着采摘树冠高度的增加，徒手采摘需要借助于梯子等辅助工具，辅助准备时间长，加之劳动强度不断增大，采摘能力明显下降；采果器不仅效率平稳，而且自动省力的优势越来越占优。

4 结论

电动采枣器结构轻巧，操作容易，省力护果，可实现高枝枣果的电动化采摘，且采摘效率高。动力由光电转换开关与枝干闭环控制，省时省电。动力来源为太阳能电池，待机时间长，节能环保。果园采摘对比试验表明，电动采枣器的采收效率明显高于徒手采摘，采摘高枝枣果的优越性成为明显。试验结果表明，在10 min的试验时间内，效率大约是徒手采摘的2倍，随着采摘过程的进行，电动采果器的优越性愈加显现。

参考文献

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