新型便携递推式果实套袋器的设计与应用

化延斌，杨建刚，张乃儒，白忠全，袁 信，赵宏博，权丽春

（扶风县果业服务中心，陕西扶风722299）

果实套袋既可以保护果实免受鸟类、昆虫、病原体及机械损伤带来的伤害，从而提高果实的外观品质[1-2]；又可以改善有利于果实生长和发育的微环境条件，从而提高果实的内在品质[3-5]。因此，果实套袋是生产无公害优质果实的有效配套技术措施。然而，目前果农进行果实套袋主要依靠纯手工完成，劳动强度大、投资成本高、操作效率低、危险系数大[6]。现有机械式果实套袋装置需满足纸袋均被逐只单独撑开后才能利用果实套袋装置往果实上套袋，无法实现多只果实套袋逐只滑出来进行连续性套袋[7]；现有加热式果实套袋装置需满足在电池或电源动力下才能完成套袋过程，且局限于给位于树体一定高度范围内的果实套袋[8]，由此可见，现有果实套袋装置仍存在工作量繁重、操作效率较低且可能会给操作者带来一定安全风险等缺点[9-10]。

为解决上述问题，陕西省扶风县果业服务中心发明了一种新型便携递推式果实套袋器，属于农业机械技术领域人工辅助果实套袋器械，该果实套袋器与一种设置有橡皮筋和塑料圆环的专用套袋配套使用，其核心技术是首次将超越离合器原理及螺栓和螺母间自锁式原理结合应用于果实套袋技术上，可实现多只果实专用套袋被递进式推送且被逐只地单独推出，提高了专用套袋使用效率，从而有效提高了果实套袋效率。该便携递推式果实套袋器采用简单机械结构，价格低廉、操作简便，配套专用套袋，可应用于机械手的末端执行器，容易实现自动化，更适用于向果农推广。该递推式果实套袋器已被授权中国发明专利（专利号：ZL 201510663576.0）。

1 便携递推式果实套袋器设计

1.1 构造

便携递推式果实套袋器由放袋装置、专用套袋、推袋装置、手持装置和复位机构构成，专用套袋放置在放袋装置上，手持手持装置，推袋装置将专用套袋推出，利用复位机构将推袋装置复位，以使该果实套袋器重复利用（图1，2）。

表1 便携递推式果实套袋器不同部位零件结构和功能用途

放袋装置包括支撑板，支撑板上表面上设置有4个沿垂直方向设置的支撑杆5，在每个支撑杆5顶端的侧壁设置有一个凹槽，一端固定且可旋转的拨片2向上倾斜设置在支撑杆5内，拨片2处于伸展状态时，支撑杆5上的专用套袋21位于拨片2下侧，拨片2的低端铰接在支撑杆5内壁上，高端延伸出凹槽，且在高端处设置有弹簧I 1（第一弹性件），弹簧I 1固接在支撑杆5内，以使拨片2向内压缩后恢复初始位置，用于使专用套袋21依次通过拨片2后推出，确保专用套袋21依次递推出去，在一只专用套袋21推出时，滑动管3推动该专用套袋21并将拨片2向内侧压缩以使该专用套袋21推出，该专用套袋21被推出之后，下一个被拨片2阻挡在拨片2下方的专用套袋21继续上升通过拨片2后被推出套在果实上。专用套袋21的袋口处内嵌设置有橡皮筋20（为一弹性圈），且外周设置有与支撑杆5数量相同的4个塑料圆环19，该圆环的直径大于支撑杆5的直径并小于滑动管3的外径，用于套在支撑杆5上并抵靠在滑动管3上方，将专用套袋21上的4个塑料圆环19对应的套在4个支撑杆5上，可实现一次性将多只专用套袋21直接撑开，便于直接向果实上快速套袋，4个塑料圆环19抵靠在套在支撑杆5上的滑动管3处，以使滑动管3在上升时推动专用套袋21上升，且专用套袋21的袋口处的橡皮筋20处于拉伸状态，以使专用套袋21脱离支撑杆5后自动收缩套在果实上（表 1）。

推袋装置包括设置在支撑板上的内轮（单向主动轮9）内侧具有螺纹的超越离合器（单向主动轮9即内轮与带有内螺纹的从动轮10即外轮的组合体），与该内轮螺纹连接并穿过支撑板底部的带有外螺纹的螺杆12，在螺杆12的顶部设置有套在支撑杆5上的滑动管3并通过一支架4连接于螺杆12，以及驱动超越离合器的外轮（带有内螺纹的从动轮10）的驱动机构，该驱动机构包括设置在手持装置的手持部的活动式手柄17与带有橡胶把套的固定式手柄18、设置在支撑板上表面并位于外轮两侧的定滑轮7和弹簧II 8（第二弹性件）、设置有一钢丝绳15其一端通过定滑轮7且绕经外轮与弹簧II 8连接则另一端固接在活动式手柄17上，在活动式手柄17上施加驱动力，该驱动力通过钢丝绳15作用在超越离合器的外轮上，该驱动机构中的活动式手柄17便于果农操作钢丝绳15，定滑轮7设置在支撑板上，用于将作用在钢丝绳15上的竖直方向的拉力转换为水平方向的拉力，钢丝绳15绕经外轮，将作用在钢丝绳15的拉力作用在外轮上，用于驱动外轮，给超越离合器提供驱动力，当消除作用在钢丝绳15上的驱动力时，弹簧II 8自动收缩至平衡状态，钢丝绳15复位，钢丝绳15复位给外轮一个反作用力，根据超越离合器的脱离状态的特性，外轮上的反作用力不影响内轮，避免钢丝绳15复位给螺杆12的上升或下降带来影响。推袋装置的驱动机构可直接驱动超越离合器的外轮，超越离合器的外轮带动内轮旋转，以使内轮推动螺杆12上升，螺杆12上的滑动管3推动专用套袋21上升，螺杆12与内轮之间的螺纹连接促使螺杆12逐渐上升，始终将位于支撑杆5最上方的专用套袋21推出，用于实现多只专用套袋21的逐渐推出，一次在支撑杆5上放置的专用套袋21的数量根据实际需要调节，通过调节螺杆12的上升或下降来调节滑动管3顶端与支撑杆5顶端之间放置专用套袋21的间距，由此可见，该驱动机构设计巧妙，便于操作。

手持装置包括一伸缩杆即大直径操作杆13与小直径操作杆16，伸缩杆的顶部与支撑板的底部的连接处具有容纳螺杆12的空腔，以容纳下降后的螺杆12。

复位机构包括复位绳6和复位螺旋套11，复位绳6的一端设置在钢丝绳15上与外轮接触的位置附近，另一端上设置有拉环并延伸至支撑板的边缘处，复位螺旋套11设置在支撑板的底部，并与内轮固接，且螺杆12空心穿过复位螺旋套11，支撑杆5上放置的专用套袋21都用完后，利用复位机构将螺杆12复位至初始位置才能再次使用，螺杆12复位时，拉动复位绳6，沿着与内轮驱动相反的方向旋转复位螺旋套11，复位螺旋套11带动内轮与其沿相同的方向旋转，以使螺杆12下降。

1.2 特点

通过弹簧I 1和一端固定且可旋转的拨片2的巧妙结合，采用一种递进式推送的方式来实现多只果实专用套袋21被逐只地单独推出的套袋过程；同时每只专用套袋21设置有橡皮筋20和4个塑料圆环19，可将一套重叠专用套袋的塑料圆环一次性套在支撑杆5上即可实现专用套袋21的撑开，一次可实现多只专用套袋21的撑开，提高专用套袋21的使用效率，进一步提高果实套袋器的使用效率，且采用橡皮筋20封口不会对果实等造成损害。可移动伸缩式操作杆即伸缩杆能实现给位于树体任何位置范围内的果实套袋，可有效提高套袋操作安全性且降低套袋工作量。该果实套袋器采用简单机械结构设计，便携性好，操作无需电力或电源，且效率较高，成本较低，更适用于向果农推广。

具体技术特点为：通过手握活动式手柄17和设置有橡胶把套的固定式手柄18来牵动钢丝绳15；通过定滑轮7将钢丝绳15的竖直力转为水平力；钢丝绳15牵动单向主动轮9（为超越离合器内轮）做单向转动；单向主动轮9带动带有内螺纹的从动轮10（为超越离合器外轮）转动；通过螺纹之间力的作用使带有外螺纹的螺杆12向上推进，此刻带动支架4和滑动管3向上移动，推动专用套袋21上的塑料圆环19滑出，专用套袋21上的橡皮筋20收缩封口，拨片2确保专用套袋21逐只地单独滑出。当钢丝绳15拉动单向主动轮9做正向旋转时，单向主动轮9也同时带动带有内螺纹的从动轮10做正向旋转；但是当弹簧II 8收缩并拉动钢丝绳15使单向主动轮9做反向旋转时，单向主动轮9带动带有内螺纹的从动轮10做反向旋转，单向主动轮9与带有内螺纹的从动轮10巧妙设计采用了超越离合器原理，其组合体为一超越离合器，当主、从动部分旋转方向变换时，具有自行离合功能。带有外螺纹螺杆12和带有内螺纹从动轮10采用螺栓和螺母间自锁式原理，由于带有内螺纹的从动轮10处于固定位置，当带有内螺纹的从动轮10旋转时，便会使带有外螺纹的螺杆12向上伸出一定距离。

1.3 具体实施方式

果农将一套重叠专用套袋21的塑料圆环19一次性套在放袋装置的支撑杆5上，将放袋装置对准目标套袋果实并使果实位于套带器中心，手握设置在手持装置的手持部的活动式手柄17与带有橡胶把套的固定式手柄18，按压活动式手柄17，推袋装置将专用套袋21上的4个塑料圆环19推出，当塑料圆环19被推出时专用套袋21上的橡皮筋20自动收缩封口，一次套袋作业完成。当所有专用套袋21都被推出时需要重新添加，此时只需旋转复位螺旋套11，使放袋装置复位，便可重新添加专用套袋。

1.3.1 具体操作方法 首先果农操作者统一将一套重叠专用套袋21上的4个塑料圆环19分别套在4个支撑杆5上，然后调节伸缩杆为合适的长度，并通过固定装置14来固定。果农操作者左手握手持装置的伸缩杆（选择13，14或16作为任意把持位置点，依个人感觉而定），右手握设置在手持装置的手持部的手柄（为活动式手柄17和设置有橡胶把套的固定式手柄18），将专用套袋21口朝向目标套袋果实，移动套袋器使得专用套袋21完全覆盖果实。手掌用力握紧活动式手柄17拉动钢丝绳15，钢丝绳15的竖直拉力被定滑轮7转为水平拉力，钢丝绳15带动单向主动轮9转动，同时拉伸弹簧II 8，单向主动轮9带动从动轮10旋转，从动轮10利用螺栓与螺母间自锁式原理使得带有外螺纹的螺杆12向上移动，同时带动支架4和套在支撑杆5上的滑动管3向上移动，进而推动套在支撑杆5上的塑料圆环19。当塑料圆环19滑过一端被固定且可旋转的拨片2时，塑料圆环19向下压动拨片2，此刻弹簧I 1被拨片2压缩，当塑料圆环19刚脱离拨片2时，因为弹簧I 1的作用，拨片2被立即弹起，专用套袋21上的4个塑料圆环19完全脱离支撑杆5。专用套袋21因为袋口处橡皮筋20的作用被收缩封口。弹簧II 8收缩，拉动钢丝绳15使单向主动轮9做反方向旋转，钢丝绳15的水平拉力被定滑轮7转为竖直拉力，拉动活动式手柄17，使其恢复原位。向下移动套袋器，第1只专用套袋21套袋过程完成，紧接着执行第2只套袋过程直到所有专用套袋21被全部推出。待所有专用套袋21被推送且推出完毕后，向后拉动复位绳6，同时旋转复位螺旋套11，使带有外螺纹的螺杆12、支架4以及滑动管3同时向下移动，从而恢复到初始状态，之后便可进行下一轮套袋过程。

1.3.2 注意事项 在套袋过程中，应尽量确保目标套袋果实处于专用套袋中央，同时确保果柄处于专用套袋中央；支撑杆与滑动管之间应保持较低摩擦力，以便套袋器能顺利工作。为此应该每隔一段时间在支撑杆上涂抹适量润滑油；在使用此套袋器套袋时，首先要把设置有橡皮筋的多只专用套袋的塑料圆环统一套在支撑杆上并抵靠在滑动管上方，因此，需要在短时间内利用完所有专用套袋，否则因橡皮筋长时间处于变形状态，橡皮筋的收缩性可能会极度下降，影响专用套袋正常使用；因套袋器设置有较多铁质零件，套袋器应置于干燥通风处，防止生锈，且要避免套袋器被受到挤压，影响多只专用套袋被逐只地单独滑出的成功率。

2 便携递推式果实套袋器效益分析

2.1 经济效益分析

一个果农一般每天可手工套袋2000只，但用该便携递推式果实套袋器每天预计可套袋8 000只，是手工套袋效率的4倍。一个果农每天人工费100元，若采用该便携递推式果实套袋器去实施完成，只需25元，每天可节约费用75元。显然，人工采用该便携递推式果实套袋器给果实套袋可大大节约费用，降低劳动力强度，提高果实套袋效率。

表2 便携递推式果实套袋器及专用套袋成本、零售价和税后利润预算

经成果转化后，陕西省扶风县果业服务中心每年可销售3万件便携递推式果实套袋器和3 000万只专用套袋，每年该便携递推式果实套袋器可盈利91.5万元，该专用套袋可盈利51万元，一年可实现盈利共142.5万元（表2）。

2.2 社会效益分析

该果实套袋器降低了果农劳动强度和投资成本，提高了套袋操作效率和安全系数，将实现传统果业生产方式向现代果业生产方式转变，提高果农素质，造就一代新型果农。