天津职业技术师范大学机械工程学院 天津 300350
摘要：为解决菠萝采摘时消耗劳动力大的问题，运用仿生学和数据分析法，设计了一种多功能菠萝采摘机。该设计通过V型割刀相向运动，使菠萝脱离菠萝植株根茎，通过旋转拨片滑入输送带内从而落入车厢。并且阐述了采摘机的各部位设计原理，确定各部件结构，并对主要受力部位进行了有限元分析，分析结果表明，确定了菠萝与果柄根茎的柔性连接力的下限值为36.948N，远小于人手推力300N，因此满足工作要求。
关键词：菠萝；多功能；采摘机；旋转拨片
菠萝热带水果之一，16世纪从巴西传入中国，菠萝营养丰富，肉色金黄，香味浓郁，甜酸适口，清脆多汁。含有大量的果糖，葡萄糖，维生素B、C，磷，柠檬酸和蛋白酶等物质。但是中国作为水果生产大国在果园采摘中所需劳力占整个果类产品生产过程中的35%~45%，而我国果园采摘机械化程度较低，当前果园机械采摘方法主要分为：机械辅助采收和机械化采收两种形式。因此本文设计的多功能菠萝采摘机就主要机械辅助采收，大大提高了与原来的采摘效率。
一：多功能菠萝采摘机设计原理
我国目前菠萝采摘的方法多为人工采摘，同时包括几种机械辅助人工采摘方法，如便携式菠萝采摘机、仿生人手菠萝采摘机等。由于菠萝个大体重，肉质软嫩，采摘过程中由于不确定因素，时常导致果实损坏以及植株新芽的损伤；同时需投入大量劳动力。本研究就是根据菠萝的生长情况以及菠萝的形状特征，基于机械理论的基本知识设计出适于菠萝的采摘工具。旨在提高我国机械采摘率，降低人工作业强度。
菠萝多功能菠萝采摘机，主要构件（1）割刀、（2）旋转拨片、（3）输送带挡板、（4）输送带、（5）操作手轮、（6）行车架（7）施肥装置、（8）旋转拨片电机、（9）支架、（10）横向连杆、（11）纵向连杆杆、（12）输送带电机
工作原理：操作人员通过操作手轮调节采摘机构的割刀的位置，输送带机构在电机带动下不断将采摘下的菠萝运输到车厢，蓄电池驱动电路为输送带电机、旋转拨片电机提供动力，保证采摘机构和输送机构的正常工作。菠萝采摘机在人的推动下前进，完成菠萝的采摘运输和养料补给等作业。
二：装置介绍
（1）输送机构：包括竖直且平行设置的两块挡板和安装在两块挡板之间的用于将采摘下的菠萝输送至车厢内的输送带；两块挡板的后部位于所述车厢内，两块挡板的前部从所述开口向车厢的前方伸出；两块挡板前端形成的端口由一前挡板封闭；
（2）采摘机构：包括旋转拨片、割刀和支撑板，支撑板水平设置且固装在所述前挡板上，在支撑板前部中央形成的V形开口，割刀安装在该V形开口处；旋转拨片安装在支撑板的后部中央，并在所述传动机构的传动轴作用下旋转，将割下的菠萝向后拨送至所述输送带上；
（3）升降机构：通过作用于输送机构来抬升或降低采摘机构的高度。其中，升降机构包括销轴、支撑架、纵向连杆、横向连杆、操作手轮，支撑架安装在所述车厢前面板的开口的外侧下部；销轴间隔固装在所述支撑架的上方且与两块所述挡板铰接；横向连杆的两端分别固装在车厢的两侧，在横向连杆上形成有一螺孔；纵向连杆为一螺杆，通过螺孔与横向连杆连接，纵向连杆的下端可旋转的安装在一个挡板的外侧；操作手轮固装在所述纵向连杆的顶端。利用杠杆原理，通过调节挡板后端与横向连杆之间的距离来调节位于挡板前端的采摘机构的高度，从而能对不同高度的菠萝进行采摘。
另外，在输送带上间隔设置有多个隔板，传送带的前端与前挡板的距离值略大于隔板的高度值。旋转拨片在所述转轴的圆周方向间隔设置有3个。车厢的后部还安装有用于养料补给的施肥装置。
三：性能对比：
本产品和现有采摘机相比，结构与功能上有较大提高：
（1）利用割刀相向运动，旋转拨片及时搂取的原理进行采摘、效率高、果实破损率低
（2）节省人力、缩减采摘时间。
（3）结构巧妙，携带方便，操作灵活，可靠性强
二、结语
本文设计的多功能菠萝采摘机的主要优点是，能大幅减少人捡果量、电动化，便携，降低了劳动强度。采摘过程大大减少了新芽损伤，对菠萝植株下一次产果量影响较小，能够方便果农采收菠萝果实，有效提高采收安全性，采收率和采收速度。该采摘机结构简单，操作都很方便，加工制造非常容易，造价低廉，维修简单方便，是一种既能降低果农的劳动强度，提高劳动效率，结构简单，使用方便提高菠萝果实收获效率，是人工采摘的5-7倍，提高果农种植菠萝的积极性和劳动生产效益，又能为生产厂家带来利润的双赢产品。我国菠萝种植面积非常广阔，发展速度也很快，该产品具有良好的推广应用前景。
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论文作者:王杰 柴珍霞 安霞 张生菊 杨全利
论文发表刊物:《科技新时代》2019年5期
论文发表时间:2019/7/25
标签：菠萝论文; 挡板论文; 连杆论文; 割刀论文; 所述论文; 机构论文; 输送带论文; 《科技新时代》2019年5期论文;