基于振动原理的枣类采摘收获机设计

陈安焱，陈树人

（江苏大学现代农业装备与技术教育部重点试验室，江苏 镇江 212013）

0 引 言

枣含有多种活性成分，具有补气养血，增强人体免疫力等功能[1]。而且枣树适应性较强，繁殖简单，一般栽植后2～3 年即可开始结果,5～6 年即有相当大的产量。大面积种植枣树可以有效提高土地利用率，提高绿化面积，改善周围环境与气候。

枣树虽然只是我国第七大果树，但枣类却是全国第一大干果品种[2]。从山东寿光向西，沿垦利、沾化、无棣、乐陵，到河北的盐山、沧县、献县、青县，继续向东北方向蓟天津的静海等一线，狭长300 km 的区域是我国最大的枣类产区。

我国枣类种植面积广阔，但枣类的收获主要依赖于人工，采收成本约占生产成本的20%～30%，而且效率比较低，甚至还会影响枣类的上市。随着枣类规模化、产业化发展，依靠人工收获已不能满足枣类产业化生产的需求，实现枣类机械化收获已是枣类产业发展的必然趋势[3]。我国枣类收获技术及装备水平仍然较低，林果采收机械的研究在我国仍处于起步阶段[4]。因此，为满足我国枣类大面积机械化收获作业需求[5]，结合枣类产区种植品种与模式特点，设计一款通用性较强的枣类收获机，可一次性完成采摘、收集、清选、分级等作业是必然趋势。

1 枣类采摘收获机结构与工作原理

1.1 整机结构

枣类采摘收获机整机主要由收集伞装置、振动装置、输送装置、分级筛选装置等组成，可一次性完成采摘、收集、清选、分级等作业。

输送装置分为前后两部分，前方输送部分向外侧延伸，支撑上方收集伞装置，并在下方设有承重轮，避免侧翻。后方输送部分是向斜上方输出收获的枣类，内部的传送带加装了横向挡板。

1.2 工作原理

该装置通过液压驱动收集伞下方骨架，从而使伞面展开，包住枣树树干。振动凸轮旋转，产生径向距离的变化，从而推动振动支撑杆以振动推臂为旋转点左右摆动，通过拨叉与枣树树枝的接触，拍打树枝，致使成熟枣类掉落。通过夹持液压缸使移动拨叉靠近固定拨叉，从而提高拨叉与枣树树枝的接触。成熟枣类掉落到伞面上，通过伞面上的下漏孔把枣类送到倾斜的清选栅格，清选栅格可以将枣类与掉落的枝叶分离，进行初步清选。经过橡胶套转向后将枣类送到传送带，传送带的动力由拖拉机侧面皮带轮传递提供，传送带后方有二级清选栅格，与前方倾斜清选栅格成90°，并在下方有风机鼓风，将枝叶与枣类再次分离。最后枣类进入筛选滚筒，将枣类按大小分为三级并装集果箱。

2 关键装置结构设计

2.1 前方传送部分设计

前方传送部分由收集伞长骨、收集伞短骨、倾斜汇集台、承重轮、前方输送套、后方输送套、转向节、伸缩液压缸、清选栅格等组成。第一次进地收获时手动调整好前方传送部分与收集伞相对拖拉机的角度，前方输送套向前伸出，使收集伞开口前方正对待收获的枣树。工作时拖拉机向前行走，收集伞在枣树下方打开，拖拉机行走过程中前方传送部分与收集伞相对拖拉机的角度逐渐变大，前方传送部分相对后方传送部分运动，距离变短。当前方传送部分与拖拉机前进方向夹角达到80°时，收集伞在前方传送部分上旋转90°，从而使收集伞杆件避开枣树，使枣树脱离收集伞。当收集伞离开收获完的枣树后，由液压偏转机构带动前方传送部分，使其与收集伞相对拖拉机前进方向的角度重新恢复，开始收获下一棵枣树。

输送套下方为清选栅条，倾斜角度为3°，收集下来的枣可以顺利的向后输送，夹杂的枣树枝叶可从栅条间隙中掉落到地上，实现初步的清选。收集伞长骨长度为1.2 m，上方收集伞收集面积为4.5

m2，基本可以覆盖大部分枣树品种，若某些品种种植距离较小可减小收集伞长度，以适应不同地区农艺要求。

2.2 振动叉设计

振动叉由移动拨叉、固定拨叉、主支撑杆、固定横杆、固定纵杆、夹持液压缸、夹持弹簧等组成，动力由夹持液压缸提供。

利用拖拉机自带的液压系统驱动液压马达提供动力，液压马达使振动凸轮旋转[6]，通过振动凸轮旋转使得径向距离变化，使振动支撑杆以振动推臂为旋转点左右摆动，通过拨叉与枣树树枝的接触，达到拍打树冠的作用，致使成熟枣类掉落[7]。由夹持弹簧使移动拨叉靠近固定拨叉，提高接触程度，并且能够使拨叉与枝叶之间的接触更加牢固、振动传递效率更高，保证果实能够被振落，并且不需要增加振动幅度，既可使枝叶受到足够强度的振动，保证果实能够振落，同时避免较大幅度的振动造成枝叶的损伤。完成振动后由夹持液压缸将移动拨叉推离固定拨叉，以便下次使用。

2.3 分级筛选装置设计

分级筛选装置由滚动圈、螺旋分级栅条、备用集果箱、换箱装置、集果箱、夹持开关、汇集筒、减速软管、风机、导风管等组成。其工作原理是风机产生的风吹向分级栅条，同时分级栅条在滚动圈内旋转，采摘收集的枣类进入分级栅条，由于分级栅条的旋转运动，使其内部的枣类充分翻滚，提高筛选速度与准确率。螺旋分级栅条先密后疏，尺寸小的枣类先落下，尺寸大的后落出，将枣类按大小分为三级并装入集果箱。落出的枣类经过汇集筒、减速套进入集果箱，减速软管为软质橡胶材料，不仅可以使落下的枣类避免撞击集果箱损伤，还可以通过减速套的晃动避免枣类汇集在一处，出现枣类的堆积现象。后方集果箱当达到一定重量后，打开夹持开关，将集满的集果箱放到地面上，从前方再放入一个空的集果箱继续装箱，进而使枣类的收获实现连续。

3 结 语

枣类采摘收获机为独立式机构，可与不同型号的拖拉机相配合，而且拆装方便。利用液压机构，推动收集伞长骨旋转，使得伞面自由伸张、收缩，全面覆盖枝冠，防止枣类掉落在外边。采用偏心形式振动及传动机构，在保护枣树的基础上，施加振动晃动树冠，使成熟的枣类脱落，未成熟的枣类仍留在树枝上。通过夹持液压缸与夹持弹簧的伸缩，使移动拨叉靠近固定拨叉，从而提高拨叉与枣树树枝的接触，充分拍打振动树枝，提高振动效率。

液压偏转机构推动后方输送套，可以使前方传送部分与收集伞相对拖拉机的角度可调，适应各种树木情况以及方便道路行走运输。当前方传送部分与拖拉机前进方向夹角达到80°时，收集伞在前方传送部分上旋转90°，从而使收集伞避开枣树。当收集伞离开收获完的枣树后，收集伞相对拖拉机前进方向的角度重新恢复，以便收获下一棵枣树。

成熟枣类先经过倾斜的清选栅格，进行初步的清选。经过传送带进入筛选滚筒前，还有与前一个清选栅格相垂直二级清选栅格，并在下方有风机鼓风，进行再次清选。分级栅条先密后疏，将枣类按大小分为三级并装入集果箱。当后方集果箱达到一定重量后通过打开夹持开关，将集满的集果箱放到地面上，由换箱装置从前方再放入一个空的集果箱继续装箱，进而使枣类的收获实现机械化。