引言

刺梨是云貴高原等地區(qū)的天然野果,貴州的刺梨品種最多,果實(shí)產(chǎn)量居全國(guó)之首,刺梨樹(shù)高1~2.5m,果實(shí)呈扁球形或圓錐形,表面布滿(mǎn)毛刺。由于風(fēng)味獨(dú)特并且具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)用價(jià)值,刺梨深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài),在四川、河南等地有大量的人工種植,至今仍廣泛分布于山區(qū)。但是由于刺梨生長(zhǎng)在帶刺的刺梨樹(shù)枝上,樹(shù)枝生長(zhǎng)又參差不齊,部分樹(shù)枝直立生長(zhǎng),部分樹(shù)枝則向四周生長(zhǎng),通常一株刺梨樹(shù)呈"籠狀",刺梨本身表面又布滿(mǎn)毛刺,這些都給刺梨的采摘收獲工作帶來(lái)了巨大的不便。在豐產(chǎn)刺梨的貴州山地,目前還是采用人工戴上較厚的防刺手套進(jìn)行采摘,這種手工作業(yè)方法不僅耗費(fèi)過(guò)多的人力,而且工作效率低,不能滿(mǎn)足現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化的作業(yè)要求。

近年來(lái),刺梨產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,多用于果汁飲品、化妝品,刺梨中有效成分的藥用價(jià)值及其基礎(chǔ)研究也開(kāi)展得如火如茶。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)刺梨的研究主要集中在刺梨種植管理及養(yǎng)護(hù)、刺梨產(chǎn)品的加工和保存、刺梨中一些成分在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用、刺梨生物活性成分的開(kāi)發(fā)等方面,對(duì)刺梨采摘方面相關(guān)設(shè)備的研究相對(duì)較少,導(dǎo)致切實(shí)可用的采摘器捉襟見(jiàn)肘。

現(xiàn)有的一種便攜式變徑球形刺梨采摘器,攜帶方便,且據(jù)報(bào)道能有效進(jìn)行刺梨采摘,其在采摘過(guò)程中也能一定程度上避免損壞刺梨樹(shù)枝,但其伸縮桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度太短,不利于特殊高度和特殊地形下的刺梨采摘。

貴州大學(xué)羅兵、張建敏基于TRIZ和AD理論設(shè)計(jì)出耙型刺梨采摘機(jī),從其工作原理可見(jiàn),該刺梨采摘機(jī)采摘中易折斷刺梨樹(shù)枝丫,導(dǎo)致來(lái)年刺梨減產(chǎn)。

貴州師范大學(xué)的黃遠(yuǎn)翔等人設(shè)計(jì)了一種便捷式刺梨采摘機(jī),采用三個(gè)成一定角度的球形滑動(dòng)刀頭來(lái)切斷刺梨果柄莖,采摘后的刺梨通過(guò)管道進(jìn)入收集器,并實(shí)現(xiàn)初步分級(jí),但從其工作原理可見(jiàn),對(duì)于個(gè)體較大的刺梨,三滑動(dòng)刀滑動(dòng)切斷果柄時(shí)會(huì)把刺梨果實(shí)壓碎,壓碎的刺梨在空氣中易被氧化、腐敗,影響采摘質(zhì)量,不符合采摘作業(yè)要求。

可見(jiàn),現(xiàn)有為數(shù)不多的刺梨采摘機(jī),都或多或少地存在著一些小弊端,給生產(chǎn)應(yīng)用帶來(lái)了不便,不滿(mǎn)足刺梨大面積種植后采摘的工業(yè)化作業(yè)需求。

綜上,本文擬設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧,使用方便,可根據(jù)刺梨與人手間的距離來(lái)調(diào)節(jié)伸縮桿長(zhǎng)度,且采摘過(guò)程中不會(huì)損傷刺梨樹(shù)枝丫,更不會(huì)壓碎個(gè)體較大刺梨的可伸縮便攜式刺梨采摘器,旨在為刺梨大面積種植后工業(yè)化采摘提供一定的實(shí)踐指導(dǎo),并為相關(guān)采摘器的設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)參考。

1總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1總體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)的可伸縮便攜式刺梨采摘器主要由伸縮桿、收集器、剪切器和繞線(xiàn)裝置等部分組成,如圖1所示。

伸縮桿是由固定桿(5)、伸縮桿A(6)和伸縮桿B(7)三段空心方管組成,三段桿的內(nèi)外壁相互形成緊滑動(dòng)配合,可在0.6~1.5m長(zhǎng)度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自由伸縮,固定桿安裝在握桿(4)上。剪切器由桿頭(9)、轉(zhuǎn)軸(10)、彈簧(11)、活動(dòng)剪(12)和固定剪(14)組成桿頭(9)與伸縮桿B(7)固定配合,桿頭(9)上緊固安裝轉(zhuǎn)軸(10)和固定剪(14),轉(zhuǎn)軸(10)上安裝帶鉤頭的活動(dòng)剪(12),固定剪上安放收集袋(l3)。繞線(xiàn)部分由帶拉線(xiàn)的繞線(xiàn)輪(3)、手柄(1)、轉(zhuǎn)銷(xiāo)(2)和拉線(xiàn)(8)組成,拉線(xiàn)(8)可隨著伸縮桿長(zhǎng)度的變化,通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)繞線(xiàn)輪(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)伸縮。其中轉(zhuǎn)銷(xiāo)(2)固定安裝在握桿(4)上,轉(zhuǎn)銷(xiāo)(2)上安裝帶有5個(gè)均勻分布正六邊形孔的繞線(xiàn)輪(3),繞線(xiàn)輪(3)上纏繞拉線(xiàn)(8)和安裝手柄(1),拉線(xiàn)(8)的另一端連接在活動(dòng)剪(12)的不帶切削刃口的一個(gè)端頭。

1.2工作原理

采摘刺梨作業(yè)前,依據(jù)需采摘刺梨與人手間的距離,調(diào)節(jié)伸縮桿A(6)和伸縮桿B(7)的伸出長(zhǎng)度來(lái)獲得一段適宜的桿長(zhǎng)。此時(shí),繞線(xiàn)輪(3)繞轉(zhuǎn)銷(xiāo)(2)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)拉緊或放松拉線(xiàn)(8),使活動(dòng)剪(12)與固定剪(14)間呈一定角度:隨后,把手柄（1）以一定方位安裝到繞線(xiàn)輪(3)上的某一正六邊形孔內(nèi),以待進(jìn)行刺梨采摘。

采摘刺梨時(shí),手四指彎曲拿著握桿(4),大拇指輕壓靠在手柄（1）上,移動(dòng)整個(gè)采摘器,使刺梨果柄卡入活動(dòng)剪和固定剪構(gòu)成的角度內(nèi)。此時(shí),大拇指壓下手柄（1）使繞線(xiàn)輪(3)繞轉(zhuǎn)銷(xiāo)(2)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一定角度繞緊拉線(xiàn)(8),拉線(xiàn)(8)使活動(dòng)剪(12)繞轉(zhuǎn)軸(10)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一角度,活動(dòng)剪(12)便壓向固定剪(14

),剪斷刺梨果柄,刺梨掉入收集袋,完成一次采摘作業(yè)。

采摘刺梨結(jié)束時(shí),大拇指松開(kāi)手柄（1）,活動(dòng)剪(12)在彈簧作用下繞轉(zhuǎn)軸(10)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一角度進(jìn)行復(fù)位,等待下一次采摘刺梨作業(yè)。

2主要零部件的設(shè)計(jì)

2.1伸縮桿的設(shè)計(jì)

因刺梨樹(shù)枝丫呈"籠狀"平鋪生長(zhǎng),有時(shí)一些刺梨樹(shù)還被種植在坡度較大的斜壁土地里,此時(shí)采摘刺梨樹(shù)中部枝丫上的刺梨或斜壁土地里生長(zhǎng)的刺梨,人不易靠近采摘點(diǎn),就需支撐桿較長(zhǎng)的刺梨采摘器。因而,設(shè)計(jì)可在一定長(zhǎng)度內(nèi)自由伸長(zhǎng)與縮短的刺梨采摘器,以適應(yīng)不同距離的刺梨采摘至關(guān)重要。

圖2為本文所設(shè)計(jì)可伸縮便攜式刺梨采摘器的伸縮桿組,其由三段長(zhǎng)度為0.6m的固定桿（1）、伸縮桿A(2)和伸縮桿B(3)組成,三段桿橫截面為正方形,以防止桿間發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),三段桿內(nèi)外壁采用H7/p6的輕過(guò)盈配合,以保證獲得一定的過(guò)盈量,在伸縮桿未受到沿桿的軸向載荷時(shí),不會(huì)發(fā)生自由伸縮。當(dāng)給桿施加軸向載荷時(shí),又不需要過(guò)大的軸向力便可使桿產(chǎn)生軸向伸縮以獲得所需的一段長(zhǎng)度,以適應(yīng)采摘距離的需求。為防止桿在伸長(zhǎng)過(guò)程中受力過(guò)大,產(chǎn)生軸向拉出、脫節(jié)分離,在伸縮到極限位置時(shí),設(shè)置有卡扣。

2.2剪切器的設(shè)計(jì)

剪切器是刺梨采摘機(jī)的重要部件,直接決定著采摘刺梨的效率和質(zhì)量,同時(shí)要求在進(jìn)行刺梨采摘時(shí),又不能損傷刺梨樹(shù)枝丫,以保證刺梨的來(lái)年產(chǎn)量。

本文設(shè)計(jì)的剪切器總體結(jié)構(gòu)如圖3所示,其主要由拉線(xiàn)（1）、轉(zhuǎn)軸(2)、彈簧(3)、活動(dòng)剪(4)和固定剪(6)等組成?；顒?dòng)剪(4)安裝在轉(zhuǎn)軸(2)上,可轉(zhuǎn)動(dòng),其一端連接拉線(xiàn)（1）,另一端連接拉力彈簧(3),活動(dòng)剪(4)全長(zhǎng)120mm,與固定剪(6)相配的剪刀刃口長(zhǎng)度50mm。為使采摘剪切刺梨時(shí)更加省力,彈簧(3)安裝在離轉(zhuǎn)軸(2)中心20mm處,拉線(xiàn)(1)固定在離轉(zhuǎn)軸(2)中心60mm處。同時(shí),因刺梨的果柄較短,為4~8mm不等,因此活動(dòng)剪(4)與固定剪(6)在剪切刃口段的總厚度不超過(guò)4mm,以保證它們能夠順利深入刺梨與結(jié)刺梨的樹(shù)枝之間,完成對(duì)刺梨果柄的順利剪切。收集袋(5)的開(kāi)口沿邊離固定剪(5)下邊緣30mm,大于刺梨半徑,即收集袋(5)不會(huì)阻礙固定剪(6)伸入刺梨果柄處。

2.3繞線(xiàn)裝置的設(shè)計(jì)

繞線(xiàn)裝置一是配合刺梨采摘器伸縮桿的縮短與伸長(zhǎng),進(jìn)行拉線(xiàn)(4)的收放,二是實(shí)現(xiàn)剪切刺梨果柄時(shí),拉動(dòng)活動(dòng)剪向固定剪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行果柄的剪切。

本文中設(shè)計(jì)的繞線(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示,其主要由手柄(1)、轉(zhuǎn)銷(xiāo)(2)、繞線(xiàn)輪(3)、拉線(xiàn)(4)、握桿(5)和螺釘(6)等組成。繞線(xiàn)輪(3)直徑70mm,厚度20mm,圓柱面上開(kāi)設(shè)弧形凹槽以收納拉線(xiàn)(4),一個(gè)端面上開(kāi)設(shè)5個(gè)均布的六邊形盲孔,槽底中心加工出M3的螺紋孔,以固定手柄(1)。設(shè)置5個(gè)均布的六邊形盲孔,主要是適應(yīng)伸縮桿自由伸縮時(shí),在確?；顒?dòng)剪與繞線(xiàn)輪(3)之間的拉線(xiàn)(4)長(zhǎng)度時(shí),始終使與之配合的手柄(1)留有一個(gè)與伸縮桿軸線(xiàn)適宜的角度,以保證轉(zhuǎn)動(dòng)手柄(1)操作方便,能順利剪切下刺梨。

繞線(xiàn)輪(3)通過(guò)轉(zhuǎn)銷(xiāo)(2)安裝在握桿(5)上,并可繞轉(zhuǎn)銷(xiāo)(2)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)拉線(xiàn)(4)的收放。與繞線(xiàn)輪(3)配合的手柄(1)長(zhǎng)150mm,寬與厚均為15mm,一端鑄出與繞線(xiàn)輪(3)上的六邊形不通孔配合的六邊形柱,柱中心加工出直徑4mm的通孔,以通過(guò)M3的螺釘緊固在繞線(xiàn)輪(3)上。

3結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的采摘器能根據(jù)人與刺梨樹(shù)的位置進(jìn)行桿長(zhǎng)的自由伸縮,以實(shí)現(xiàn)不同位置的刺梨采摘,且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧,便于攜帶與使用。采摘刺梨過(guò)程中,人不會(huì)損害刺梨樹(shù)枝丫,也不會(huì)壓碎個(gè)體較大的刺梨。