第３２卷，总第１８３期 ２０１４年１月，第１期 《节能技术》 ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ Ｖｏ１．３２，Ｓｕｍ．Ｎｏ．１８３ Ｊａｎｕａｒｙ．２０１４，Ｎｏ．１
北方高丛蓝莓采摘机的设计与试验
范长胜，李志鹏。郭艳玲 （东北林业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 １５００４０）
摘要：目前蓝莓行业面临的主要挑战是手工采摘所增加的劳动成本和生产效率低下的问题， 解决这一问题的关键是提高机械化采收技术，为此本文设计一款旋转式机械采摘机。该文首先对
现有机械林果采摘装置进行了现状分析，提出了旋转式蓝莓采摘机的设计结构，应用机械振动原理 计算出使果实与枝条分离所需的激振力，以此为设计依据。在采摘力的试验中以北方高丛蓝莓为
试验对象进行采摘，对采摘试验结果进行分析，提出了为提高采摘率和减少对植株和果实损伤在下
一步设计时需加强的环节。 关键词：北方高丛蓝莓；机械采摘；旋转式机械采摘机；振动
中图分类号：ＴＨ１１３．２ ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６３３９（２０１４）０１—００８３—０４
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｈｉｇｈ Ｂｕｓｈ Ｂｌｕｅｂｅｒｒｙ Ｐｉｃｋｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ
ＦＡＮ Ｃｈａｎｇ—ｓｈｅｎｇ，ＬＩ Ｚｈｉ—ｐｅｎｇ，ＧＵＯ Ｙａｎ—ｌｉｎｇ （Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５００４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｎｕａｌ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｌａｂｏｒ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｗ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｏｆ ｂｌｕｅｂｅｒｒｙ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｒｏｔａｒｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｉｃｋｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ．Ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａＩ１．ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ
２０ｌ０年８月 农机化研究 第８期
机械振动式林果采收机的设计与试验研究
汤智辉，孟祥金，沈从举，贾首星，周 艳，郑 炫，秦朝民
（新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆石河子８３２０００）
摘要：针对新疆红枣、沙枣、核桃和杏等特色林果人工采收效率低、劳动强度大和，Ｅ产成本高的生产实际，设 计了一种振动式林果采收机，重点解决了偏心振动、液压控制、机具与拖拉机挂接等Ｍ题。经性能试验和测试表 明，所研制的振动式林果采收机具有液压操作便利、整机工作稳定可靠、偏心振动频率高、振幅小、采净率高且不 伤树等显著特点，达到了预期设计目标。 关键词：林果采收机；振动式；液压控制 中图分类号：￥２２５．９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８６Ｘ（２０１０）０８—００６５—０５
０ 引言
果园收获作业是果园生产全过程中最重要的环
节，林果采收劳动强度大，用工量多。传统的人工采
收方法每公顷需要几百个工时，占果园生产过程中用 工量的５０％左右，费时费力，且成本高。因此，果园收
获机械化一直是国内外研究工作的重点…。当前，果
园机械收获在国外已作为一项成熟技术被广泛使用， 其机械收获的生产效率比人工提高了５—１０倍 Ｊ。
机械采收的方法主要有振摇法和梳刷法，振摇法是应 用得最多的机采方法 Ｊ。机械振动式采收机采用振
摇法，是国外应用最多、适用性很好的机型。我国果
园收获主要靠人工手摘和借助简单工具辅助，如云梯 和采果刀等 Ｊ。林果采收机械的研究在我国仍处于
起步阶段，尚未见成熟先进的实用机具报道。目前，
随着新疆特色林果（尤其是红枣等林果）的规模化和
产业化发展，依靠人工采收的方式已不能满足红枣等 产业化生产的需要。针对我国（尤其是新疆）林果采
收机械的研究现状和林果业机械化发展的新形式要
求，研究设计机械振动式林果采收机对提高我国林果
收获机械化水平具有重要意义。
２００７—２００９年，新疆农垦科学院机械装备研究所
核桃采摘收集装置的结构及特点-农业机械化论文-农学论文
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0引言
核桃良好的健脑效果和丰富的营养价值，越来越受到人们的喜爱。目前，我国核桃的种植面积已居世界第一［1］，新疆作为我国核桃的主要产区之一，优质核桃种植面积已达28万hm2［2］，但其采收基本依靠人工，采收环节占果园生产过程中用工量的50%左右［3］。人工采收费时费力、成本高，且不及时采收会增加核桃霉菌感染的机会，影响核桃的品质［4］，因而机械化采收是核桃产业的发展趋势。
核桃机械化采收装置主要分为两类:采摘装置和采摘收集装置。我国核桃的机械化采摘主要应用采摘装置，其形式有便携式坚果采摘器、振摇式干坚果收获机［5］、蜈蚣型采摘踏板［6］、爬树式山核桃采摘机器人，以及核桃采摘升降平台等。其中，振摇法是应用最多的采摘方法。核桃采收机械的研究在我国仍处于起步阶段，尚未见成熟的实用机具报道［7］。国外在核桃采收方面已基本实现机械化。
1核桃采摘装置的结构及特点分析
1．1便携式核桃采摘器
王传纪发明了便携式坚果采摘器，包括操纵杆、飞轮、螺纹杆件和电机等。采摘时，电机转轴带动飞轮旋转，飞轮带动空心棒槌旋转;设置在棒槌面的凸起在高速旋转下与树枝上的核桃发生碰撞，能使成熟的核桃从树枝上掉落下来［8］。该装置结构简单、操作便利，但该装置采摘效率低，且采摘后需要人工进行收集。
姚文斌等研制的便携式振动山核桃采摘装置［9］，以汽油机作为动力源，以采摘杆、采摘夹头作为采摘部件，采用振动机构，通过传动轴传动。作业时，小型汽油机输出的动力通过钢丝软轴与传动轴传至振动机构，从而带动振动机构工作;当惯性力大于山核桃与树枝的结合力时，树枝上的山核桃振落下来。其具有易于携带、体积小［10］、成本低等优点，但采摘后需要人工进行收集。
1．2核桃采摘机器人
东北林业大学研制了林木球果采摘机器人［10］(见图1)，采摘机构为6自由度的机械手，机械手采用液压驱动、单片机控制。
振动式蓝莓采摘机对果实收获的影响试验
美国作为蓝莓原产国，最早研制出振动式蓝莓采摘机。美国在植株振动模型方面所作的大量研究，主要是针对乔木果树进行的。国内蓝莓的机械化采收尚处在起步阶段，现有的浆果采收机械并不适于蓝莓采摘。
‘蓝丰’系美国蓝莓品种，果实颗粒大、肉质硬，中熟，树体为灌木高丛，生长健壮，开张，适合振动式蓝莓采摘机作业，抗旱、连续丰产能力强，中国已引进广泛种植。笔者在对‘蓝丰’蓝莓果树的研究中，将果树简化为果实、果柄和树枝系统与树体和树根系统，建立果实振动力模型和果树振动系统模型，通过采摘力的分析，对模型求解，得到采摘适宜的振动频率，并使用东北林业大学自主研发的GYL062型牵引振动式蓝莓采摘机进行采摘试验，以期提高采摘机的采摘效率，降低青果的脱落率，减少振动采摘对枝条和果实的损伤，提高蓝莓采摘机工作的适应性。
1 蓝莓果树振动模型的建立
振动式采果是将采摘机产生的机械振动力传递给果树，果树树枝在接受强迫振动力后，以一定的频率和振幅振动，树枝上的果实通过振动加速运动。当加速运动的果实受到的惯性力大于果实与树枝之间的结合力时果实掉落。通过果树振动模型分析果树在振动过程中的响应特性，可确定果实收获的适宜的振动频率。
蓝莓果树形态大小及果实大小存在差异，以‘蓝丰’品种为对象，对蓝莓果实、果柄及树枝系统、树体与树根系统建模及求解。
1.1 果实振动力模型
蓝莓果实生长在树枝的最末端，因此果实振动力模型包括果实、果柄和与果柄相连的副枝。蓝莓生长的空间分布以及振动机构的执行，不能使所有的蓝莓果实全部受到相同的振动力的作用，未受到振动力直接作用的树枝，会在其他树枝所产生的振动影响下，在同一果树树枝之间的相互约束条件下相应地产生振动。由于振动式采摘对果树产生的振动是接触和持续的，所以近似认为采摘过程中果树的振动频率即为振动器的振动频率。
设定振动过程中，长有果实的副枝不发生扭转变形。果实悬挂点处的惯性力，分为垂直于果柄的切向分力和沿着果柄的法向分力。切向分力使得果柄发生弯曲变形，对果实的采摘不产生影响，所以只考虑使果柄产生轴向拉力的法向分力。
